PRAKTIKUM IZ HEMIJE ZA STUDENTE MEDICINE -Medicinska biohemija i hemija -

Transcript

1 PRAKTIKUM IZ EMIJE ZA STUDENTE MEDICINE -Medicinska biohemija i hemija - Saradnik Kosović Milica Saradnik Bigović Miljan Demonstrator Roganović Milovan

2 Sadržaj: Vježba br Vježba br Vježba br Vježba br Vježba br Vježba br Vježba br

3 3

4 Vježba br. 1 PRAVLJENJE RASTVRA DREĐENE KNCENTRACIJE Uvod Rastvor je homogeni sistem sastavljen od najmanje dvije supstance: jedne koja je po pravilu u velikom višku i naziva se rastvaračem i druge koju zovemo rastvorenom supstancom. Rastvorene supstance prije rastvaranja mogu biti u čvrstom, tečnom ili gasovitom stanju pa je uobičajena podjela rastvora prema agregatnom stanju rastvorene supstance na rastvore čvrstih, tečnih i gasovitih supstanci. Kao rastvarač najčešće se koristi voda. To se obično posebno ne naglašava (rastvor soli, a ne vodeni rastvor soli), ali je zato uobičajeno da se upotreba ostalih rastvarača naglasi (rastvor joda u alkoholu ili alkoholni rastvor joda). Voda se ponaša kao dobar rastvarač zahvaljujući nizu povoljnih osobina karakterističnih za njene molekule. Te osobine se odnose na veliku polarnost molekula vode, na njihove elektron-donorske sposobnosti i na sposobnost obrazovanja vodonične veze sa rastvorenom supstancom. U vodi se posebno dobro rastvaraju polarne supstance -,,slično se u sličnom rastvara,,. Da li će doći do rastvaranja čvrste supstance u datom rastvaraču zavisi od prirode rastvarača i rastvorene supstance i temperature sistema. Kada se radi o rastvaranju jonske supstance u vodi, na posmatranoj temperaturi postoji karakteristično ravnotežno stanje koje se uspostavlja između čvrste supstance, u obliku taloga i hidratisanih jona iste supstance, koji se nalaze u rastvoru. Takav rastvor zove se zasićeni rastvor. Kažemo da je rastvor zasićen kada je pri određenoj temperaturi primio maksimalnu količinu rastvorene supstance. Rastvori koji sadrže manje rastvorene supstance nego zasićen rastvor su nezasićeni, dok rastvor koji sadrži više rastvorene supstance nego zasićeni su presićeni. Primjer: Rastvorljivost NaCl na 25 C iznosi 35,7. To znači da se u 100 g vode kao rastvarača rastvara 35,7 g NaCl. Ako rastvor sadrži u 100 g vode manje od 35,7 g NaCl radi se o nezasićenom rastvoru; ako sadrži više od 35,7 g NaCl govorimo o presićenom rastvoru; ukoliko pak sadrži tačnp 35,7 g NaCl onda je to zasićen rastvor. U toku procesa rastvaranja neke supstance može doći do apsorpcije toplote (endotermno rastvaranje, Δs >0) ili oslobađanja toplote (egzotermno rastvaranje, Δs <0). Kod endotermnog rastvaranje povišenje temperature dovodi do povećanja rastvorljivosti neke supstance, dok kod egzotermnog rastvaranja isti efekat izaziva sniženje temperature. d rastvora tečnih supstanci u vodi se u praksi najčešće koriste rastvori kiselina i baza. Formule najvažnijih kiselina i baza su date u tabeli 1. Prilikom rastvaranja kiselina u vodi dolazi do njihove jonizacije i hidratacije nastalih jona, tako da je i rastvaranje kiselina praćeno 4

5 određenim efektom. Pri razblaživanju kiselina, uvijek se kiselina sipa u vodu, nikada voda u kiselinu (VUK=voda u kiselinu). kiseline baze formula naziv formula naziv 2 S 4 sulfatna kiselina Na natrijum-hidroksid 2 S 3 sulfitna kiselina K kalijum-hidroksid N 3 sitratna kiselina Ca() 2 kalcijum-hidroksid N 2 sitritna kiselina Mg() 2 magnezijum-hidroksid 3 P 4 fosfatna kiselina Fe() 3 gvožđe (III)-hidroksid 2 P 3 fosfitna kiselina Fe() 2 gvožđe (II)-hidroksid 2 C 3 karbonatna kiselina Al() 3 aluminijum-hidroksid Cl hloridna kiselina Ba() 2 barijum-hidroksid Tabela 1: Formule važnijih kiselina i baza Koncentracija rastvora je količina rastvorene supstance u određenoj zapremini ili masi rastvora ili rastvarača. Postoji više načina za izražavanje koncentracije rastvora. Najčešće se upotrebaljavaju procentna, molarna, molalna koncentracija i osmolarnost. Prije objašnjavanja pojedinih formi koncentracija, ponovimo najprije osnovnu formulu iz opšte hemije: gdje je n-količina supstance (mol); m-masa supstance (g), a M-molarna masa (g/mol), odakle se izvodi:, kao i. bjasnimo sada načine izražavanja koncentracija rastvora. 1. Procentna koncentracija, maseni udio predstavlja odnos mase rastvorene supstance i ukupne mase rastvora, tj.. Na primjer, 25%-tni rastvor NaCl podrazumijeva da se u 100g rastvora nalazi 25g rastvorene supstance (tj. NaCl-a). 2. Molarnost, količinska koncentracija predstavlja broj molova rastvorene supstance u dm 3 ili L rastvora, tj.. Jedinica za molarnost jeste mol/dm 3. Na primjer, rastvor 2 S 4 količinske koncentracije 0,3 mol/dm 3, podrazumijeva da se u 1dm 3 rastvora nalazi 0,3 mol ove kiseline. 3. Molalnost predstavlja količinu rastvorene supstance u jedinici mase rastvarača; zapisano formulom:. Jedinica za molalnost jeste mol/kg. Na primjer, rastvor KCl čija je molalnost 2 mol/kg podrazumijeva da se u 1kg rastvarača (obično voda), nalazi 2 mol ove soli. 4. smolarnost predstavlja broj molova osmotski aktivnih čestica (osmola) u jedinici zapremine, odnosno koncentraciju osmotski aktivnih čestica i izražava se u osmol/l. Na primjer, ukoliko imamo rastvor NaCl-a količinske koncentracije 0,5 mol/dm 3, njegova molalnost jeste 1 osmol/l jer molekul NaCl-a disosuje do Na + i Cl -, pa se jedna čestica (NaCl) razlaže na dvije osmotski aktivne čestice (Na + i Cl - ). Za razliku od nje, rastvor 5

6 glukoze (C ), količinske koncentracije 0,5 mol/dm 3, ima osmolarnost od 0,5 osmol/l, jer molekul glukoze ne disosuje u vodenom rastvoru. Medicinski značaj U svakodnevnom životu, ali i u medicini se koriste različiti rastvori. vdje ćemo spomenuti samo neke od njih. Fiziološki rastvor je 0,9%-tni rastvor natrijum-hlorida (NaCl) u redestilovanoj sterilisanoj vodi. Primarna upotreba mu je rehidratacija pacijenta, mada je našao primjenu i u inhalaciji, u intranazalnim sprejevima, u ispiranju kontaktnih sočiva i sl. Nazvan je fiziološkim jer je izotoničan (ima isti osmotski pritisak) sa ljudskom plazmom, te stoga nije opasan za intravensku aplikaciju. Različite rastvore koristimo za parenteralnu ishranu ishranu putem direktne infuzije hranjljivih materija u krv. To su različiti materijali aminokiselina, ugljenih hidrata (obično glukoze ili fruktoze). Rastvori elektrolita (Na +, K +, Ca 2+, Mg 2+, Cl -, C 3 - i sl.) su našli primjenu u medicini u cilju prevencije nastanka elektrolitnog disbalansa. Posebno se ističe Ringerov rastvor koji je kombinovani infuzijski rastvor sačinjen od NaCl, KCl, CaCl 2 i NaC 3, čiji je razmjer fiziološki usklađen sa potrebama organizma. Rastvor borne kiseline (Acidum boricum solutionis) se koristi u obliku kapi za oči u terapiji konjuktivitisa, a vodonik-peroksida kao antiseptik u obradi rane i kao rastvor za ispiranje sluznica (npr. sluznice usta u terapiji faringitisa). Eksperimentalni dio gled br. 1: Uticaj prirode rastvarača i rastvorene supstance na rastvorljivost A) U dvije epruvete sipati po malo natrijum-hlorida (NaCl). U prvu epruvetu dodati nekolika cm 3 vode, a u drugu isto toliko benzena. Epruvete malo promućkati i uočiti razlike u rastvorljivosti NaCl u ova dva rastvarača. B) U dvije epruvete sipati po malo hloroforma. U prvu epruvetu dodati nekolika cm 3 vode, a u drugu isto toliko benzena. Epruvete malo promućkati i uočiti razliku u rastvorljivosti hloroforma u ova dva rastvarača. gled br. 2: Pripremanje rastvora određene molarne koncentracije Pripremiti 250 ml rastvora glukoze količinske koncentracije 0,05 mol/dm 3. Za pripremanje ovog rastvora potrebno je prvo izračunati masu glukoze koju treba rastvoriti u normalnom sudu date zapremine. dmjerena supstanca se rastvori u malo vode i prenese u normalni sud (niz štapić, kroz lijevak). Čaša se ispira više puta destilovanom vodom, pažljivo prenosi u normalni sud i normalni sud potom pažljivo 6

7 dopuni destilovanom vodom do markirane crte. Normalni sud se zatvori i promućka da bi rastvor bio homogen. gled br. 3: Pripremanje rastvora razblaživanjem postojećeg rastvora poznate koncentracije Napraviti 100 cm3 rastvora glukoze koncentracije 0,025 mol/dm3 od rastvora napravljenog u prethodnom ogledu. Zadaci za vježbanje 1. Naći maseni udio glukoze u rastvoru, koji sadrži 280 g vode i 40 g glukoze. 2. Izračunati maseni udio rastvora ako se 4 g kalijum-hlorida nalazi u 50 g rastvora. 3. Za otkrivanje sklonosti ka razvoju dijabetes melitusa u kliničkoj praksi se koristi GTT (oralni glukozo-tolerans test), pri čemu se pacijentu daje da popije 75 g čiste glukoze rastvorene u 300 g vode, a potom se na svaki sat prati koncentracija glukoze u krvi ispitanika. Koliki je maseni udio rastvora koji pacijent uzima prilikom ovog testiranja? 4. 3%-tni rastvor vodonik-peroksida se koristi kao antiseptik u obradi i ispiranju rana, a 0,3%-tni rastvor iste supstance za ispiranje sluznica (npr. sluznice usta kod faringitisa). Sa koliko grama vode je potrebno razblažiti 100 g 3%-tnog rastvora kako bismo dobili rastvor za tretiranje faringitisa? 5. Koliko je grama vode potrebno ispariti iz 500 g 6% - nog rstvora natrijum hlorida da bi se dobio 40% - ni rastvor? 6. Rastvor borne kiseline (3B3) se koristi u obliku kapi za oči u terapiji konjuktivitisa. Koliko se molova borne kiseline nalazi u 250 g ovog rastvora ako je poznato da je ovaj rastvor 3%-tni? 7. Izračunati koliko je grama kalijum hidroksida potrebno rastvoriti u vodi za pripremanje 250 cm 3 rastvora kolinčiske koncentracije 0,2 mol/dm 3? 8. Koliko je kubnih centimetara 96% sulfatne kiseline, gustine 1,84 g/cm 3, potrebno za pripremanje 1 dm 3 rastvora količinske koncentracije 0,1 mol/dm 3? 9. Koliki je maseni udio sulfatne kiseline u rastvoru koji sadrži 0,5 mola te kiseline u 43 cm 3 rastvora gustine 1,18 g/cm 3? 10. Koliko grama vode treba dodati u 400 g 40%-tnog rastvora neke supstance kako bi se dobio 20%-tni rastvor? 11. Izračunati maseni udio rastvora koji se dobija miješanjem 200 g 20%-tnog i 100 g 25%- tnog rastvora aluminijum-nitrata. 12. Izračunati zapreminu rastvora 36%-tne hloridne kiseline gustine 1,18 g/cm3 koja je potrebna za pripremanje 400g 10%-tnog rastvora te kiseline. 13. Izračunati količinsku koncentraciju rastvora ako se 5g natrijum-hidroksida nalazi u 200 cm 3 rastvora. 7

8 8 14. *Izračunati količinsku koncentraciju 36%-tne hloridne kiseline gustine 1,18 g/cm Koliko dm 3 vode treba dodati u 800 cm 3 rastvora količinske koncentracije 1,5 mol/dm 3 da bi se dobio rastvor količinske koncentracije 0,25 mol/dm 3? 16. Iz 2 dm 3 rastvora količinske koncentracije 1 mol/dm 3 isparilo je 500 cm 3 vode. Kolika je količinska koncentracija preostalog rastvora? 17. Barijum-sulfat se u radiologiji koristi kao kontrastno sredstvo za dobru vizuelizaciju digestivnog sistema. Kolika je količinska koncentracija rastvora barijum-sulfata ako je poznato da se u 0,5 dm 3 rastvora nalazi 116,5 g ove soli? 18. Sa koliko grama vode treba da se razblaži 30%-tni rastvor kalijum-hidroksida, da bi se dobilo 800g 12%-tnog rastvora? 19. *Do koje zapremine treba razblažiti 400 cm 3 rastvora hlorovodonične kiseline, masenog udjela 0,20, gustine 1,1 g/cm 3, da bi se dobio rastvor masenog udjela 0,08, gustine 1,05 g/cm 3? 20. *Koju zapreminu vode treba dodati u 200 cm 3 68%-tnog rastvora nitratne kiseline, gustine 1,4 g/cm 3 da bi se dobio rastvor masenog udjela 0,1? 21. *Izračunati zapreminu rastvora hlorovodonične kiseline, koncentracije 1 mol/dm 3, koju treba dodati u 50 cm 3 rastvora Cl, koncentracije 0,5 mol/dm 3, da bi se dobio rastvor koncentracije 0,6 mol/dm Koliko je vode potrebno izpariti iz 400 cm 3 5%-tnog rastvora natrijum-hlorida, gustine 1 g/cm 3, da bi se dobio 40%-tni rastvor? 23. Koliko treba rastvora 60%-tne nitratne kiseline, gustine 1,4 g/cm 3, za pripremanje 2 dm 3 rastvora, koncentracije 0,2 mol/dm 3? 24. *Koliko cm 3 36%-tnog rastvora Cl, gustine 1,18 g/cm 3, i koliko cm 3 vode treba uzeti da bi se napravilo 450 g 8%-tnog rastvora? 25. Koliku zapreminu vode treba dodati u 112,0 cm 3 48,4%-tnog rastvora natrijumhidroksida gustine 1,51 g/cm 3 da bi se dobio 20%-tni rastvor? 26. *Koliko cm 3 37%-tne hlorovodonične kiseline gustine 1,19 g/cm 3 treba dodati u 200 cm 3 20%-tne hlorovodonične kiseline gustine 1,1 g/cm 3 da bi se dobio 25%-tni rastvor? 27. Izračunati molarnost i molalnost rastvora koji u 200 cm3 vode sadrži 117 g natrijumhlorida. 28. Koliko cm 3 rastvora hloridne kiseline koncentracije 3 mol/dm 3 treba dodati u 120 cm 3 vode da bi se dobio rastvor koncentracije 2 mol/dm 3? 29. drediti maseni udio i procentnu koncentraciju rastvora koji u 240 g vode sadrži 0,25 mola kalijum-hidroksida. 30. drediti maseni udio rastvora koji se dovija miješanjem 100 g 20%-tnog rastvora kalcijum-nitrata, 300 g 10%-tnog rastvora iste supstance i 200 g vode.

9 Vježba br. 2 KSID - REDUKCIJE Uvod emijske reakcije se mogu podijeliti na dvije osnovne grupe. U prvu grupu spadaju reakcije pri kojima ne dolazi do promjene, a u drugu one pri kojima dolazi do promjene oksidacionog broja atoma reaktanata. ve druge se nazivaju oksido-redukcionim, ili kratko redoks reakcijama. Redoks reakcije su osnova mnogih biohemijskih procesa. Najbolji primjer oksidoredukcije u ljudskom organizmu je respiratorni lanac na mitohondrijama gdje se elektroni predaju molekulskom kiseoniku i nastaje voda, a protoni (nastali u brojnim biohemijskim putevima) se koriste za nastanak ATP-a. ksidacioni broj (stepen oksidacije, oksidaciono stanje) kao mjera formalne promene elektronske gustine vezanog atoma u odnosu na njegovo elementarno stanje, jednak je algebarskom zbiru broja razmijenjenih (primljenih i otpuštenih) elektrona u hemijskoj vezi. Da li će pri razmjeni elektrona doći do primanja, otpuštanja ili samo djelimičnog pomjeranja elektrona, zavisi od razlike elektronegativnosti elemenata koji čine vezu. ksidacioni broj obiljeležava se rimskim ili arapskim brojem iznad atoma elementa na koji se odnosi i ima predznak plus (+) ako je broj otpuštenih elektrona veći od broja primljenih, a u suprotnom oksidacioni broj ima predznak minus (-). Jasno, oksidacioni broj atoma u elementarnom stanju jednak je nuli. Maksimalna vrijednost oksidacionog broja elemenata u jedinjenju odgovara broju grupe u kojoj se nalazi element, a minimalna vrijednost je jednaka razlici broja osam i broja grupe. Npr. maksimalni oksidacioni broj sumpora (element šeste grupe) je +6, a minimalni -2. Algebarski zbir oksidacionih brojeva svih atorna koji grade molekul jednak je nuli, tj. molekul je elektroneutralan, dok je kod jona taj zbir jednak naelektrisanju samog jona. Proces pri kojem dolazi do otpuštanja (udaljavanja) elektrona naziva se oksidacija i ima za posljedicu povećanje oksidacionog broja. Suprotan proces, tj. vezivanje elektrona (privlačenje) je praćeno smanjenjem oksidacionog broja elementa i naziva se redukcija. Supstanca koja prima elektrone je oksidaciono sredstvo, a supstanca koja otpušta elektrone je redukciono sredstvo. Svaki proces oksidacije neke supstance (red(1) oks(1) + e) povezan je sa redukcijom druge (oks(2) + e red(2)) što se može prikazati opštom jednačinom: Red(1) + oks(2) oks(1) + red(2) 9

10 Pri tome je ukupan broj elektrona koje prima oksidaciono sredstvo jednak broju elektrona koje otpušta redukciono sredstvo. Ukoliko je redukovani oblik neke supstance jače redukciono sredstvo, njegov oksidovani oblik je slabije oksidaciono sredstvo i obratno. Na jačinu oksidacione i redukcione sposobnosti neke supstance, pored prirode učesnika reakcije, utiče i koncentracija rastvora, kao i p vrednost sredine. Sposobnost atoma da se oksiduje ili redukuje u elementarnom stanju zavisi od njegove energije jonizacije i elektronegativnosti. Metali su zbog male energije jonizacije i male elektronegativnosti u elementarnnm stanju redukciona sredstva, dok su nemetali zbog velike energije jonizacije i velike elektronegativnosti u elementarnom stanju oksidaciona sredstva. Tako su alkalni metali najjača redukciona sredstva od svih metala, a fluor najjače oksidaciono sredstvo od svih nemetala. Metali su prema njihovoj redukcionoj sposobnosti svrstani u elektrohemijski (naponski) niz, koji počinje najjačim redukcioni sredstvima (alkalnim metalima), a završava sa najmanje reaktivnim metalima, tj. najslabijim redukcionim sredstvima (plemenitim metalima):... K, Na, Ca,Mg,Al,Mn,Zn,Cr,Fe,Ni,Cd, Co, Sn,Pb,, Cu,g,Ag,Au Svaki metal u ovom nizu može da "istisne" sve one metale iz rastvora njihovih soli koji se nalaze udesno od njega, predajući im svoje elektrone. 2. Svi metali koji se u nizu nalaze sa lijeve strane od vodonika mogu da ga "istisnu" iz rastvora kiselina: metali sa desne strane vodonika to ne mogu čak i ako se rastvaraju (reaguju) sa datom kiselinom. 3. Ukoliko se metali nalaze više na lijevoj strani ovog niza, utoliko su hemijski reaktivniji (najreaktivniji su kalijum i natrijum), i ponašaju se kao neobično jaka redukciona sredstva zbog čega se vrlo lako oksiduju ("neplemeniti metali"). bratno, metali koji se nalaze na desnom kraju niza vrlo se teško oksiduju i slabo su reaktivni. Zato se srebro, zlato i platina nazivaju "plemeniti metali". Neki elementi u jedinjenjima imaju po pravilu stalne oksidacione brojeve. Tako vodonik irna u većini jedinjenja oksidacioni broj + 1, sa izuzetkom hidrida alkalnih i zemnoalkalnih metala u kojima mu je oksidacioni broj -1. Kiseonik ima oksidacioni broj -2 u najvećem broju jedinjenja, izuzev peroksida (- 1 ), superoksida (prosječno -1/2) i jedinjenja sa fluororn F 2 ( + 2) i 0 2 F (+ 1). Alkalni metali imaju u svim jedinjenjima oksidacioni broj + 1, a zemnoalkalni metali + 2, fluor, kao najelektronegativniji elemenat, ima oksidacioni broj -l. Za razliku od ovih, veliki broj elemenata daje jedinjenja u kojima se javljaju sa različitim oksidacionim brojevirna. Pri razmatranju oksido-redukcionih svojstava nekog jedinjenja ili elementarnog jona, treba imati u vidu stepen oksidacije datog elementa u njemu. Naime, što je niži stepen oksidacije elementa, on je jače redukciono sredstvo, i obratno, ukoliko je stepen oksidacije viši, ono je jače 10

11 oksidaciono sredstvo. tuda, jedinjenje ili elementarni jon u kojem element ima najniži mogući oksidacioni broj mora biti isključivo redukciono sredstvo. Isto tako, jedinjenje (jon) u kojem element ima najviši rnogući oksidacioni broj mora biti isključivo oksidaciono sredstvo. Jedinjenja ili elementarni joni koji pak sadrže element sa oksidacionim brojem izmedu najnižeg i najvišeg mogućeg mogu se ponašati i kao oksidaciona i kao redukciona sredstva što u odredenoj reakciji uvijek zavisi od oksido-redukcionog svojstva drugog reaktanta (redokspartnera). Za određivanje koeficijenata u oksido-redukcionim reakcijama koriste se dvije metode i to: 1. METDA PRMJENE KSIDACING BRJA ELEMENATA 2. METDA JNSKI PLUREAKCIJA Metoda promjene oksidacionog broja elementa Za određivanje koeficijenata potrebno je uraditi sljedeće: a) drediti oksidacione brojeve svih elemenata u reaktantima i proizvodima reakcije. b) Za elemente koji mijenjaju oksidacioni broj tokom reakcije, sastaviti šemu razmjene elektrona (broj otpuštenih ili primljenih elektrona), i pomoću odgovarajućih koeficijenata izjednačiti broj razmenjenih elektrona. c) Dopisati nađene koeficijente ispred formule ovih reaktanata i proizvoda reakcije koji sadrže elemente sa promenjenim oksidacionim brojem. d) drediti koeficijente i za one reaktante i proizvode reakcije kod kojih se oksidacioni broj ne menja. Primjer: KMn 4 +NaN S 4 MnS 4 + NaN 3 + K 2 S a) KMn 4 +NaN S 4 MnS 4 + NaN 3 + K 2 S b) Mn+ 5e Mn / N N+2e/ 5 c) 2KMn 4 +5NaN 2 +_ 2 S 4 2MnS 4 + 5NaN 3 + _K 2 S 4 + _ 2 d) 2KMn 4 + 5NaN S 4 2MnS 4 + 5NaN 3 + K 2 S

12 Medicinski značaj Kao što je već rečeno, oksido-redukcioni procesi su osnova preživljavanja većine naših ćelija. Naime, da nema oksido-redukcionih procesa, ne bi bilo stvaranja velike količine ATP-a, neophodnog ljudskim ćelijama. ATP se sintetiše na unutrašnjoj membrani mitohondrija, dejstvom enzima ATP sintaze. Detaljnije o ovim procesima učićete na biohemiji. Eksperimentalni dio gled br. 1: Uticaj prirode rastvarača i rastvorene supstance na rastvorljivost RADI SE U DIGESTRU!!! U epruvetu ubaciti komadić bakra i preliti ga sa 1 cm 3 cc. 2 S0 4. Sadržaj epruvete veoma oprezno zagrejati. bratiti pažnju na boju rastvora i na boju gasa koji se oslobada. Napisati jednačinu reakcije. gled br. 2 U epruvetu sipati do 2 cm 3 rastvora KMn 4 i zakiseliti rastvorom 2 S 4. Sadržaj epruvete podijeliti na tri dijela: a) u prvu epruvetu dodati rastvor 2 2 ; b) u drugu epruvetu dodati čvrst Na 2 S 3 ; c) u treću epruvetu dodati rastvor gvožde(ii)-sulfata, FeS 4. ' bratiti pažnju na promjenu boje rastvora u sva tri slučaja i napisati jednačine reakcija. gled br. 3 U epruvetu sipati do 1 cm 3 rastvora KMn 4 i dodati u višku čvrst Na 2 S 3. bratiti pažnju na boju taloga koji se izdvaja i napisati jednačinu reakcije. Zadaci za vježbanje 1. U kojoj od navedenih reakcija je sulfitna kiselina oksidaciono sredstvo? a. 2 S S b. 2 S KMn 4 + 2K 2K 2 Mn S c. 2 2 S + 2 S 3 3S d. 2 S 3 + I S 4 + 2I e. 3 2 S KMn Mn S 4 + 2K 2. drediti oksidacione brojeve u sljedećim jedinjenjima: 2 S 4, 3 P 3, KMn 4, K 2 Cr

13 3. U kom od ovih jedinjenja hlor ima oksidacioni broj +5? a. PCl 3 b. Cl 2 3 c. KCl 2 d. NaCl 4 e. Ca(Cl 3 ) 2 4. Koji od navedenih zapisa predstavlja oksidaciju? a. Fe 3+ Fe 2+ b. C(III) C(IV) c. Cl 2 2Cl - d. S(VI) S(IV) 5. drediti koeficijente u jednačinama: a. Cu + N 3 Cu(N 3 ) 2 + N + 2 b. Cl 3 Cl 4 + Cl c. K 2 Mn KMn Mn 3 + K d. P + N P 3 + N e. N N 2 f. KMn S K 2 S 4 + MnS g. Mn Mn dredite koeficijente u sljedećim jednačinama: a. kalijum-permanganat + hlorovodonična kiselina mangan(ii)-hlorid + hlor + kalijum-hlorid + voda b. kalijum-permanganat + vodonik-peroksid + sulfatna kiselina kiseonik + mangan(ii)-sulfat + kalijum-sulfat + voda c. gvožđe(ii)-hlorid + kalijum-permanganat + hlorovodonična kiselina gvožđe(iii)-hlorid + kalijum-hlorid + mangan(ii)-hlorid + voda d. kalijum-sulfit + kalijum-permanganat + sulfatna kiselina kalijum-sulfat + mangan(ii)-sulfat + voda e. nitratna kiselina + jod jodna kiselina (I 3 ) + azot(ii)-oksid + voda f. kalijum-hidroksid + hlor kalijum-hlorat (KCl 3 ) + kalijum-hlorid + voda g. nitritna kiselina + kalijum-permanganat + sulfatna kiselina nitratna kiselina + mangan(ii)-sulfat + kalijum-sulfat + voda h. kalijum-permanganat + kalijum-nitrit + sulfatna kiselina mangan(ii)-sulfat + nitratna kiselina + kalijum-sulfat + voda i. gvožđe(ii)-sulfat + nitratna kiselina + sulfatna kiselina azot(ii)-oksid + gvožđe(iii)-sulfat + voda j. kalijum-sulfit + kalijum-permanganat + voda kalijum-sulfat + mangan(iv)- oksid + kalijum-hidroksid k. kalijum-dihromat + kalijum-jodid + sumporna kiselina jod + hrom(iii)- sulfat + kalijum-sulfat + voda l. kalijum-dihromat + sulfidna kiselina + sulfatna kiselina sumpor + hrom(iii)-sulfat + kalijum-sulfat + voda m. olovo + nitratna kiselina olovo(ii)-nitrat + azot(ii)-oksid + voda 13

14 Vježba br. 3 KVANTITATIVN DREĐIVANJE ELEKTRLITA Uvod Čista voda je slab provodnik elektriciteta. Međutim, vodeni rastvori neorganskih jedinjenja: kiselina, baza i soli odlikuju se sposobnošću da dobro provode elektičnu struju. S druge strane, većina organskih jedinjenja i njihovih vodenih rastvora ne provode struju. Na osnovu ove osobine, sve supstance su podijeljene na elektrolite i neelektrolite. Pri rastvaranju u vodi, molekuli elektrolita disosuju na pozitivne i negativno naelektrisane čestice jone. Koncentracija jona se može odrediti različitim metodama: volumetrijski, potenciometrijski, kolorimetrijski itd. Principi volumetrije Volumetrija je metoda kvantitativne hemijske analize, kod koje se mjerenjem zapremina dva rastvora, koja su kvantitativno proreagovala, izračunava količina jedne supstance, na bazi utrošene količine druge supstance poznate koncentracije. peracija volumetrijskog određivanja naziva se titracija. va operacija se sastoji u dodavanju rastvora iz birete (titracioni rastvor) u rastvor u erlenmajeru (titrisani rastvor), sve dotle dok dodata količina rastvora iz birete ne bude ekvivalentna ispitivanoj količini rastvora u erlenmajeru, tj dok se ne postigne ekvivalentna tačka (TE). Ekvivalentna tačka je momenat kada su u rastvoru prisutne međusobno ekvivalentne količine titracionog i titrisanog rastvora (ispitivanog rastvora). Kraj reakcije, odnosno momenat kada je postignuta završna tačka titracije može da se odredi pomoću indikatora. Indikatori su supstance koje ne utiču na tok reakcije, ali promjenom svoje boje pri dodatku malog viška titracionog sredstva pokazuju kraj reakcije. Dakle, u idelanom slučaju titraciono sredstvo bi dodavali tačno do tačke ekvivalencije, koja odgovara teorijskom stehiometrijskom odnosu u samoj reakciji, ali primjenom indikatora ne određujemo teorijsku tačku ekvivalencije, već neku njoj blisku tačku koja se naziva završna tačka titracije (ZTT). Razlika između te dvije tačke titracije predstavlja grešku metode. Izračunavanje se izvodi iz molskog odnosa u kojem reaguju supstanca čiju koncentraciju određujemo i titraciono sredstvo. 14

15 dređivanje koncentracije hloridnog jona pomoću standardnog rastvora srebro-nitrata uz indikator kalijum-hromat (Mohr-ova metoda) lorid je glavni vanćelijski anjon, čija je osnovna fiziološka funkcija regulisanje prometa vode u organizmu, osmotskog pritiska, te održavanje anjonsko-katjonske ravnoteže. Joni hlorida filtriraju se iz plazme kroz glomerularnu membranu i pasivno reapsorbuju, zajedno sa jonima natrijuma, u bubrezima. dređivanje ima najveću važnost kod bubrežnih poremećaja, kao i u praćenju acidobaznog statusa. Kvantitativno se koncentracija hloridnog jona može oderediti volumetrijski pomoću standardnog rastvora AgN 3. Metoda je zasnovana na jonskoj reakciji taloženja, pri čemu nastaje jedinjenje koje je praktično nerastvorljivo u vodi (ima mali proizvod rastvorljivosti Ksp). Cl - (aq) + Ag + (aq) AgCl(s) talog bijele boje Za određivanje ZTT kao indikator se koristi kalijum-hromat, K 2 Cr 4. Indikator reaguje sa srebro-nitratom gradeći crveni talog srebro-hromata. Cr 4 2- (aq) + 2Ag + (aq) Ag 2 Cr 4 (s) talog crvene boje sim razlike u boji srebro-hlorida i srebro-hromata ova dva taloga se razlikuju u rastvorljivosti. AgCl je manje rastvorljiv od Ag 2 Cr 4. Prema tome, ako se rastvoru koji sadrži hloridni i hromatni jon dodaje rastvor AgN 3, prvo će se kao manje rastvorljiv taložiti bijeli talog AgCl. Kada je praktično cijela količina Cl - jona istaložena, prva kap viška AgN 3 (koja u ovom slučaju predstavlja grešku između ZTT i TE) reagovaće sa kalijum-hromatom i počeće da se taloži crveni Ag 2 Cr 4. Iz reakcije vidimo da Cl - i Ag + reaguju u odnosu 1 : 1, pa je u ZTT n Cl - = n Ag+ odatle slijedi c Cl -. V Cl - = c AgN3. V AgN3 Eksperimentalni dio dmjeriti pipetom u erlenmajer 10 ml rastvora za analizu i dodati 2 kapi indikatora, rastvora kalijum-hromata. Rastvor je obojen žuto od prisustva indikatora. U biretu kroz lijevak sipati standardni rastvor srebro nitrata poznate koncentracije (0,2000 mol/l). Nivo rastvora u bireti spustiti (spojiti) do nekog cijelog podioka u visini očiju i zabilježiti nivo. Iz birete postepeno dodavati rastvor srebro-nitrata uz stalno miješanje, pri čemu počinje da se taloži AgCl. Boja rastvora u erlenmajeru postaje mliječno žuta. Titracija je završena kada od jedne kapi rastvora srebro-nitrata suspenzija postane svijetlo-ružičaste boje, koja se pri miješanju ne gubi. U tom momentu zabilježiti nivo rastvora u bireti. Ponoviti postupak još jednom. 15

16 Budući da se titruje isti rastvor, dobijene zapremine AgN 3 u prvoj i drugoj titraciji treba da budu približno jednake. Radi veće preciznosti analize pri izračunavanju koncentracije hloridnog jona koristi se srednja vrednost utrošene zapremine srebro-nitrata na osnovu podataka iz dvije titracije. Medicinski značaj Joni elektrolita u ljudskom organizmu imaju ulogu u regulisanju osmotskog pritiska, omogućavaju pravilan rad srčanog mišića, kofaktori su brojnih enzima, neophodni su za stvaranje ATP-a iz glukoze, održavaju acido-baznu ravnotežu, imaju značajnu ulogu u procesu koagulacije krvi itd. I najmanja promjena koncentracije bilo kog od jona prisutnih u organizmu, povezana je sa ozbiljnim metaboličkim poremećajima, što u nekim slučajevima može dovesti i do smrti. Glavni intracelularni joni su joni: K +, Mg 2+, i P 3-4 ; a ekstracelularno su zastupljeniji: Na +, Ca 2+, Cl - i C - 3. Poremećaji koncentracije navedenih elektrolita mogu ići u pravcu povećanja (hiper-) ili smanjenja (hipo-) njihove koncentracije. dređivanje njihove koncentracije predstavlja dio standardnih laboratorijskih ispitivanja, a njihovo određivanje (naročito Cl - i C - 3 ) se radilo upravo titracijama. Poznato je da se u želucu sekretuje Cl (jedina neorganska kiselina koja se sintetiše u ljudskom organizmu). Poremećaji njene sekrecije mogu ići u pravcu hiperhlorhidrije ili hipohlorhidrije, a određivanje njene sekrecije se u prvim laboratorijama radilo upravo titracijom sa Na. Naime, od pacijenta se uzimao želudačni sok u periodu od 1h koji je potom podlijegao procesu titracije sa rastvorom Na poznate koncentracije. Referentne vrijednosti su: 2-4 mmol Cl/h. Povećanje sekrecije iznad ove vrijednosti može izazvati sumnju na postojanje ulkusa (čira). 16

17 Vježba br. 4 DREĐIVANJE p. PUFERI Uvod Voda je medijum koji čini gotovo 70% čovječijeg organizma (sama ćelija sadrži od 70-95% vode, a krvna plazma oko 90%). Većina biohemijskih reakcija, koje omogućavaju vršenje esencijalnih životnih procesa, odvija se u vodenoj sredini. Voda je sama po sebi slab elektrolit. Stoga se njena disocijacija može predstaviti na sledeći način: Veličina koja predstavlja proizvod koncentracija vodonikovih jona 1 i hidroksilnih jona je konstantna i naziva se jonski proizvod vode (Kw): Kw = [ + ] [ - ] 2 va veličina je konstantna za datu vrijednost temperature i na 25 0 C iznosi U vodi su koncentracije + i - jona jednake pa je ona neutralna. Ukoliko se koncentracija + jona poveća (na račun čega se smanjuje koncentracija - jona), rastvor više nema neutralnu već kiselu reakciju. bratno, ukoliko se koncentracija hidroksilnih jona poveća (na račun smanjenja koncentracije vodonikovih jona), rastvor reaguje bazno. Kao mjerilo kiselosti nekog rastvora uvodi se pojam vodoničnog eksponenta (p); mjerilo baznosti bi, shodno tome, bila vrijednost p. bje veličine predstavljaju vrijednost negativnog dekadnog logaritma od koncentracije vodonikovih, odnosno hidroksilnih jona: p = -log[ + ] p = -log[ - ] Iz jednačine za jonski proizvod vode se logaritmovanjem dobija sledeće: -logkw = -log[ + ] -log[ - ] => pkw = p + p odnosno: p + p = 14 1 Vodonikov jon ( + ), u literaturi se često označava kao proton i skraćeni je prikaz hidronijum-jona, 3 +, koji je nosilac kiselih osobina rastvora. 2 Koncentracija supstance A može se obilježiti na dva načina: c(a) ili [A]; sasvim je svejedno koji od ta dva načina se izabere. 17

18 p-vrijednost je važna karakteristika svakog rastvora. Ukoliko je p = 7, rastvor ima neutralnu reakciju; ukoliko je p > 7, rastvor reaguje bazno, a ako je p < 7, u pitanju je kiseo rastvor. Primjera radi, u tabeli 2 su navedene p-vrijednosti nekih tjelesnih tečnosti. U organizmu je poznavanje kiselinsko-baznih osobina neke sredine od krucijalne važnosti za razumijevanje i proučavanje svih fizioloških aspekata koji se u njoj dešavaju: metabolitičke reakcije, dejstvo ljekova, razvoj bolesti, mogućnost razvoja mikroorganizama i slično: Tjelesna tečnost p Želudačni sok 1,0 2,0 Mokraća 4,7-8,0 Pljuvačka 5,0-6,8 Žuč 5,8-8,5 Intestinalna tečnost 6,2-7,5 Pankreasni sok 7,5-8,3 Krvna plazma 7,39 ± 0,05 Cerebrospinalna tečnost 7,35 ± 0,10 Tabela 2: p-vrijednosti nekih tjelesnih tečnosti rganske kiseline su slabi elektroliti. ne su česti proizvodi ili intermedijeri brojnih metabolitičkih puteva koji se odvijaju u organizmu, a njihova disocijacija se može predstaviti slično kao i u slučaju vode (A je opšti izraz za kiselinu): A + + A - kiselina konjugovana baza pa bi konstanta ravnoteže ove kiseline (Ka) imala sljedeći oblik: Ka = S obzirom na to da je u pitanju ravnotežni sistem, svaka promjena koncentracije bilo koje od komponenti koje taj sistem čine, biva superionirana (Le Chatelier-ov princip). Na primjer, posmatrajmo disocijaciju jedne tipične slabe organske kiseline sirćetne: C 3 C + + C 3 C - Ukoliko ovom rastvoru dodamo natrijum-acetat (natrijumova so sirćetne kiseline), disocijacija kiseline će biti potisnuta, jer se povećava koncentracija acetatnog jona (konjugovane baze) i stoga se ravnoteža pomjera u lijevu stranu. Na taj način koncentracija sirćetne kiseline postaje približno jednaka ukupnoj koncentraciji kiseline (nesmanjenoj za disosovani dio na acetat, jer smo ga upravo dodali i sama disocijacija je potisnuta). Sa druge strane, koncentracija konjugovane baze (C 3 C - ) postaje približno jednaka koncentraciji dodate soli. Na taj način se dobija: 18

19 [ + ] = Ka ili u logaritamskom obliku: p = pka + log va jednačina predstavlja enderson-asselbalch-ovu jednačinu pufera. Prema definiciji, puferski sistem čine slaba kiselina i njena so ili slaba baza i njena so. Glavna osobina pufera je da se prilikom dodatka male količine neke jake kiseline ili baze odupiru promjeni p-vrijednosti rastvora. Iz enderson-asselbalch-ove jednačine se može vidjeti da p puferskog rastvora zavisi od pka kiseline kao i od odnosa koncentracija kiseline i soli. Kako p-vrijednost ne zavisi od zapremine, razblaživanjem puferskog rastvora njegova p se ne mijenja! Međutim, kapacitet pufera se razblaživanjem smanjuje. Mehanizam djelovanja pufera Mehanizam djelovanja pufera objasnićemo na jednom kiselom sistemu acetatnom puferu. Acetatni pufer se sastoji od sirćetne kiseline i neke njene soli (npr. natrijum-acetata): C 3 C kao slaba kiselina ne disosuje C 3 CNa C 3 C - + Na + Kada acetatnom puferu dodamo neku jaku kiselinu, ona će reagovati sa acetatnim jonom (iz soli) i gradiće se slaba sirćetna kiselina, koja je komponenta pufera, pa do promjene p ne dolazi: + + C 3 C - C 3 C Kada acetatnom puferu dodamo bazu, hidroksilni joni iz nje će reagovati sa sirćetnom kiselinom i nagradiće se so, acetat (konjugovana baza kiseline), pa se ni ovdje p neće mijenjati: - + C 3 C C 3 C Primjer 1 Za koliko se promijeni p-vrijednost kada se u 1000 ml destilovane vode doda 1 ml rastvora hloridne kiseline, koncentracije 1 mol/dm 3? Rješenje: 19

20 p čiste vode je 7. Nakon dodatka 1 ml Cl, dobija se rastvor kiseline u kome je koncentracija 10-3 mol/dm 3, pa je p = 3. Dakle, p-vrijednost rastvora se promijenila za 4 jedinice. Primjer 2 Za koliko se promijeni p-vrijednost kada se u 1000 ml acetatnog pufera, koji sadrži 0,2 mol/dm 3 sirćetne kiseline i 0,2 mol/dm 3 natrijum-acetata, doda 1 ml rastvora hloridne kiseline, koncentracije 1 mol/dm 3? pka (C 3 C) = 4,74 Rješenje: Najprije izračunajmo p acetatnog pufera: p = pka + log = 4,74 + log 4,74 Nakon dodatka Cl, reaguje acetani jon (bazna komponenta pufera), prema jednačini: + + C 3 C - C 3 C Broj molova dodate Cl se računa iz sledeće jednačine: n(cl) = c(cl) V R (Cl) = 1 mol/dm 3 0,001 dm 3 = 0,001 mol. Količina acetatnog jona će biti umanjena za vrijednost od 0,001 mol (jer Cl reaguje sa njim, pa se on troši), dok će količina sirćetne kiseline biti uvećana za tu istu vrijednost. S obzirom na to da na raspolaganju imamo 1 litar rastvora, koncentracije soli i kiseline su brojno jednake njihovim količinama. Prema tome dobijamo: n(c 3 C - ) = 0,2 mol 0,001 mol = 0,199 mol n(c 3 C) = 0,2 mol + 0,001 mol = 0,2001 mol. Zamjenom u jednačinu pufera imamo: p = pka + log = 4,74 + log 0,99 = 4,79. Kao što se vidi, razlika p-vrijednosti pufera prije i nakon dodatka Cl je neznatnih 0,05 jedinica. Primjer 3 Koliko će iznositi p-vrijednost rastvora koji nastaje miješanjem 200 ml rastvora Na, koncentracije 0,08 mol/dm 3 i 100 ml Cl, koncentracije 0,1 mol/dm 3? Rješenje: 20

21 Najprije ćemo napisati jednačinu hemijske reakcije između Na i Cl (reakcija neutralizacije): Na + Cl NaCl + 2 Sada ćemo, na osnovu datih podataka, izračunati broj molova obje reagujuće komponente: n(na) = c(na) V R (Na) = 0,08 mol/dm 3 0,2 dm 3 = 0,016 mol n(cl) = c(cl) V R (Cl) = 0,1 mol/dm 3 0,1 dm 3 = 0,010 mol Iz jednačine hemijske reakcije se vidi da je količinski odnos Na i Cl = 1:1. Međutim, računom smo došli do podatka da se Na nalazi u višku. Količina viška Na se dobija na sledeći način: n viška (Na) = n(na) n(cl) = 0,016 mol 0,01 mol = 0,006 mol Ukupna zapremina dobijenog rastvora se računa sabiranjem zapremina rastvora koji su pomiješani: V ukupno = V R (Na) + V R (Cl) = 0,2 dm 3 + 0,1 dm 3 = 0,3 dm 3 Na osnovu ovoga se može izračunati koncentracija viška Na (a samim tim i hidroksilnih jona) u dobijenom rastvoru: c 2 (Na) = = = 0,02 Kako je Na jaka baza, to znači da je potpuno disosovan na Na + i -, a kako je količinski odnos Na i - = 1:1, to znači da je i koncentracija - -jona takođe 0,02 mol/dm 3. Na osnovu toga imamo da je: p = -log[ - ] = -log(0,02) = 1,7. Iz jednačine: p + p = 14, nalazimo konačno i p-vrijednost dobijenog rastvora: p = 14 p = 14 1,7 = 12,3. Medicinski značaj Najvažniji puferi u čovjekovom organizmu su: fosfatni, bikarbonatni (hidrogenkarbonatni), proteinski i hemoglobin, a organi koji učestvuju u održavanju konstantnosti p su: krv, jetra, bubrezi i pluća. Fosfatni pufer je jedan od glavnih pufera ćelijske tečnosti čije su komponente: hidrogenfosfat (P 4 2- ) i dihidrogenfosfat ( 2 P 4 - ). 21

22 Kada se doda jaka kiselina, reaguje hidrogenfosfat: + + P P 4 - Dodatak baze uslovljava reakciju sa dihidrogenfosfatom: P 4 - P Bikarbonatni pufer je glavni neorganski pufer krvi i njegovi sastojci su karbonatna kiselina i njena konjugovana baza bikarbonat, u odnosu 1:20 (udio bikarbonata je veći jer u metabolitičkim procesima nastaje više kiselina, sa kojima on reaguje). Ugljena (karbonatna) kiselina je slaba i nestabilna i zapravo predstavlja vodeni rastvor ugljenik(iv)-oksida, koji nastaje u procesima katabolizma u organizmu: C C C 3 - Kada neka kiselina dospije u krv, promjeni koncentracije vodonikovih jona se suprostavlja bazna komponenta bikarbonatnog pufera: + + C 3-2 C 3 Povećanje koncentracije hidroksilnih jona uslovljava reakciju sa kiselinom: C 3 C Proteinski puferi imaju značajnu ulogu u održavanju p-vrijednosti mnogih tjelesnih tečnosti, s obzirom na prisustvo proteina u svim ćelijama. Mehanizam puferskog dejstva se temelji na reakcijama bočnih nizova aminokiselina iz proteinskog lanca. državanje normalne vrijednosti p u organizmu je veoma važno, a upravo puferi omogućavaju to održavanje mogućim. p-vrijednost krvi se kreće između 7,35 i 7,40, zavisno od toga da li govorimo o arterijskoj ili venskoj krvi. p-vrijednost krvi održava nekoliko pomenutih puferskih sistema: neorganski puferi (bikarbonatni i amonijačni), zatim protetini krvi, a najveći puferski kapacitet u ljudskoj krvi ima sami hemoglobin (do 80%). Povećanje pvrijednosti nazivamo alkaloza, a sniženje acidoza. Ni jedno ni drugo stanje nije dobro za ljudski organizam i promjena p krvi za samo 0,3 jedinice može biti fatalna. Narušena kiselinsko-bazna ravnoteža u organizmu dovodi do niza zdravstvenih tegoba: glavobolje, pada krvnog pritiska, srčane aritmije, bolova u stomaku, nadutosti, karijesa, hroničnog umora, razdražljivosti, nervoze ili depresije i anksioznosti. Provjeravanje rada naših bubrega se, između ostalog, vrši određivanjem p-vrijednosti urina pomoću specijalnih trakica. Fiziološki p urina je od 4,5 do 8,0. Uzroci povišene vrijednosti p mokraće su: infekcije urinarnog trakta izazvane mikroorganizmima koji sadrže enzim ureazu; vegetarijanska ishrana; poremećaji metabolizma amonijaka; neki ljekovi... Mogući uzroci sniženja p urina su: dijabetes, gladovanje, veliki unos proteina, malignitet i sl. 22

23 Eksperimentalni dio gled 1. Eksperimentalno određivanje p destilovane vode Reagensi: destilovana voda, hloridna kiselina (c = 0,1 mol/dm 3 ) Pribor: Epruvete, p-metar Postupak: U epruvetu sipati 10 ml destilovane vode i pomoći p-metra odrediti pvrijednost. 3 Dodati jednu kap rastvora Cl i izmjeriti za koliko se promijeni pvrijednost rastvora. gled 2: Pripremanje fosfatnog pufera Za pripremanje rastvora pufera različitih p-vrijednosti koristiće se rastvori u kojima su koncentracije obje komponenti iste (0,2 mol/dm 3 ), tj. za fosfatni pufer (koji se koristi za interval p-vrijednosti od 6,00 do 8,00) rastvori: Na 2 P 4 i Na 2 P 4 ; Ka( 2 P 4 - ) = ; Napraviti 100 ml fosfatnog pufera u kome je p=7, polazeći od rastvora Na 2 P 4, koncentracije 0,2 mol/dm 3, i rastvora Na 2 P 4, iste koncentracije. Zadaci za vježbanje 1. Koliko se grama nitratne kiseline nalazi u 150 ml rastvora čiji je p=2? 2. Izračunati p rastvora koji u 250 ml sadrži 10 mg natrijum-hidroksida. 3. Izračunati p rastvora nitratne kiseline koji u 100 ml sadrži 63 mg čiste kiseline. 4. Koliko grama natrijum-hidroksida treba dodati u 2 l rastvora nitratne kiseline, kocentracije 0,15 mol/dm 3, da bi p rastvora bio 1? 5. Koliko je potrebno miligrama kalijum-hidroksida za potpunu neutralizaciju 40 ml rastvora sulfatne kiseline u kome je p=3? 6. Koliko je potrebno miligrama natrijum-hidroksida za neutralizaciju 100 cm 3 rastvora nitratne kiseline u kome je p 2? 7. Koliki je p rastvora koji se dobija miješanjem 1,5 dm 3 rastvora Cl u kome je koncentracija supstance 0,04 mol/dm 3 i 0,5 dm 3 rastvora Na kocentracije supstance 0,08 mol/dm 3? 8. Koliko je p rastvora nastalog rastvaranjem 16 mg natrijum-hidroksida u 200 cm 3 rastvora nitratne kiseline čiji je p=3? (Dodatkom baze ne dolazi do promjene zapremine). 9. Kolika je vrijednost p rastvora dobijenog miješanjem 50 cm 3 rastvora sulfatne kiseline koncentracije 0,20 mol/dm 3 i 50 cm 3 rastvora kalijum-hidroksida koncentracije 0,30 mol/dm 3? 3 Destilovana voda je slabo kisela zbog rastvorenog C 2, koji je apsorbovan iz vazduha. 23

24 Koliki je p rastvora nastalog miješanjem 500 cm 3 rastvora nitratne kiseline, koncentracije 0,1 mol/dm 3 i 500 cm 3 rastvora kalijum-hidroksida koncentracije 0,2 mol/dm 3? 11. Koliko se grama nitratne kiseline nalazi u 150 ml rastvora čiji je p=0? 12. Izračunati promjenu p vrijednosti rastvora Na koncentracije 0,100 mol/dm 3 ako se u 30,0 cm 3 ovog rastvora doda 30,0 cm 3 sulfatne kiseline koncentracije 0,100 mol/dm Koliko treba uzeti cm 3 rastvora C 3 C koncentracije 1 mol/dm 3 i rastvora C 3 CNa koncentracije 2 mol/dm 3 da bi se dobilo 500 cm 3 pufera, čiji je p=5,00? Ka(C 3 C)=1,8x10-5 mol/dm Koliko grama kalcijum-hidroksida treba dodati u 100 cm 3 rastvora sirćetne kiseline koncentracije 0,1 mol/dm 3 da bi se dobio pufer čiji je p=5,3? Ka(C 3 C)=1,8x10-5 mol/dm Koliko cm 3 rastvora nitratne kiseline masene koncentracije 2mol/dm 3 treba dodati u 500 cm 3 rastvora amonijaka koncentracije 2 mol/dm 3 da bi se dobio pufer čiji je p=9. K b (N 3 )=1,8x10-5 mol/dm Koliko cm 3 rastvora natrijum-hidroksida koncentracije 0,1 mol/dm 3 treba dodati u 50,0 cm 3 rastvora sirćetne kiseline koncentracije 0,1 mol/dm 3, da bi se dobio rastvor čiji je p=7? Ka(C 3 C)=1,8x10-5 mol/dm Izračunati p u rastvoru dobijenom kada se 2,00 g natrijum-hidroksida doda u 1,00 dm 3 rastvora u kojem su koncentracije sirćetne kiseline i natrijum-acetata po 0,100 mol/dm 3. Ka(C 3 C)=1,8x10-5 mol/dm Nakon dodatka 30 cm 3 rastvora Na koncentracije 0,025 mol/dm 3 u 50 cm 3 rastvora sulfatne kiseline, dobijen je rastvor čije je p=11. Koliko je iznosila koncentracija (mol/dm 3 ) rastvora sulfatne kiseline?

25 Vježba br. 5 REAKCIJE BILŠKI VAŽNI FUNKCINALNI GRUPA rganska jedinjenja, iako strukturno vrlo različita i veoma brojna, u svom sastavu sadrže relativno mali broj gradivnih elemenata. Element koji gradi sva poznata organska jedinjenja je ugljenik, koji je u njima četvorovalentan. Pored njega su često prisutni vodonik, kiseonik, azot, sumpor, halogeni elementi i fosfor. Dio hemije koji se bavi proučavanjem strukture organskih jedinjenja, ispitivanjem njihovih osobina i reakcija naziva se organska hemija. Sva poznata jedinjenja su podijeljena na organska i neorganska i neke glavne razlike između njih su navedene u tabeli 3: RGANSKA JEDINJENJA NERGANSKA JEDINJENJA emijska veza je skoro uvijek kovalentna Veliki broj jedinjenja sadrži jonsku vezu Temperature topljenja su relativno niske (do 350 o C) Tačke topljenja su znatno iznad 350 o C Najveći broj se ne rastvara u vodi Najveći broj je u vodi rastvoran Rastvori ne provode struju Rastvori su dobri provodnici električne struje rganske supstance su često zapaljive Rijetko su zapaljive emijske reakcije se odigravaju sporo emijske reakcije su brze Primjer: šećer (C ), ulje Primjer: kuhinjska so (NaCl) Tabela 3: Razlike između organskih i neorganskih jedinjenja snovna karakteristika organskog molekula je funkcionalna grupa. Funkcionalna grupa je dio molekula koji je odgovoran za njegove fizičke i hemijske osobine (takozvani,,identitet organskog jedinjenja). rganska jedinjenja su podijeljena na različite klase upravo na osnovu funkcionalne grupe koju sadrže. Tako, funkcionalna grupa alkohola je hidroksilna (-), kiselina karboksilna (-C), ketona karbonilna (-C=), amina amino-grupa (-N 2 ) i slično. Postoje jedinjenja koja sadrže više funkcionalnih grupa (aminokiseline, hidroksi-kiseline, halogen-alkoholi, hidroksi-supstituisani alkeni i slično). U tom slučaju jedinjenje pokazuje osobine svake pojedinačne grupe, ali se nerijetko dešava da molekul u cjelini dobija neka sasvim nova hemijska svojstva, netipična za funkcionalne grupe u izolovanom stanju. U tabeli 4 su navedene neke važnije funkcionalne grupe u organskim jedinjenjima, a naznačen je i njihov biološki značaj prirodni proizvodi u čiji sastav ulaze. Poznavanje funkcionalnih grupa je važno za razumijevanje velikog broja biohemijskih reakcija koje se odvijaju u ljudskom organizmu, a čiji poremećaj može voditi u ozbiljna oboljenja. 25

26 KLASA JEDINJENJA FUNKCINALNA GRUPA TIPIČNE REAKCIJE BILŠKI ZNAČAJ Alkeni -C=C- Adicije Nezasićene masne kiseline, terpenoidi. Alkoholi - ksidacija, esterifikacija, dehidratacija Glicerol, estradiol, holesterol, vitamin D 3 Fenoli Ar- Reakcije -grupe, elektrofilne supstitucije Vitamin E, aspirin Amini -N 2 Kiselinsko-bazne reakcije, alkilovanje, acilovanje istamin, dopamin, adrenalin, lecitini Aldehidi i ketoni -C= Nukleofilna adicija Vitamin A, vitamin B 6, ugljeni hidrati, polni hormoni Karboksilne kiseline -C Esterifikacija, neutralizacija Masne i hidroksi-kiseline, acetilholin, kreatinin, aminokiseline Tabela 4: Važnije funkcionalne grupe u organskoj hemiji, njihove karakteristične reakcije i biološki značaj A L K L I Alkoholi su organska jedinjenja koja sadrže hidroksilnu (-) funkcionalnu grupu. Njihova opšta formula je R-, gdje R predstavlja alkil- ili aril-grupu. Prema broju hidroksilnih grupa, alkoholi se dijele na monohidroksilne (samo jedna) i polihidroksilne alkohole (dvije ili više hidroksilnih grupa). Tipični predstavnici su: C 3 -C 2 C 2 - -C 2 -C()-C 2 - Metanol 1,2-Etan-diol 1,2,3-Propan-triol (glicerol) Prema vrsti ugljenikovog atoma za koji je vezana hidroksilna grupa, alkoholi mogu biti primarni, sekundarni ili tercijarni (ukoliko je C-atom, za koji je vezana -grupa vezan za još samo jedan C-atom, u pitanju je primarni alkohol, ako postoje vezana 2 C-atoma, riječ je o sekundarnom, a tri-tercijarnom alkoholu): 26

27 C 3 C 2 - C 3 CC 3 C 3 CC 3 C 3 Primarni Sekundarni Tercijarni Tri važne reakcije alkohola su: oksidacija, esterifikacija i dehidratacija. ve reakcije se vrše u živim sistemima u prisustvu enzima. Bilo da se reakcija odvija in vivo ili in vitro dobijaju se identični proizvodi (na primjer, oksidacijom etanola nastaje acetaldehid, a zatim dalje i sirćetna kiselina, nezavisno od toga da li se reakcija odigrava u epruveti ili u ćeliji). ksidacija ksidacijom alkohola mogu nastati aldehidi, ketoni ili karboksilne kiseline. Koji proizvod će nastati zavisi od same strukture polaznog alkohola, vrste oksidacionog sredstva i uslova pod kojima se oksidacija vrši. ksidacija se odigrava u prisustvu katalitičke količine neke mineralne kiseline (Cl, 2 S 4, N 3 ), dok se kao oksidaciona sredstva najčešće koriste vodeni rastvori kalijum-permanganata (KMn 4 ) i kalijum-dihromata (K 2 Cr 2 7 ). va dva oksidansa su izabrana iz dva razloga: prvi je jer spadaju u grupu jakih oksidacionih sredstava, a drugi je što su obojeni i što je svaka promjena boje rastvora indikacija završetka reakcije oksidacije. Primarni alkoholi oksidacijom daju aldehide, a daljom oksidacijom od nastalih aldehida dobijaju se karboksilne kiseline sa istim brojem C-atoma kao i polazni alkohol. Sekundarni alkoholi oksidacijom daju ketone, dok tercijarni teško podliježu oksidaciji (tek pod energičnim uslovima i tada nastaje smješa karbonilnih jedinjenja i karboksilnih kiselina). gled 1: ksidacija alkohola pomoću kalijum-permanganata Vodeni rastvor KMn 4 ima intenzivnu ljubičastu boju i kada se ta boja promijeni u braon (ili potpuno iščezne) reakcija oksidacije je završena. Jednačina reakcije oksidacije je: 4 KMn S C MnS K 2 S C 3 C U biološkim sistemima se etanol oksiduje pomoću enzima alkohol-dehidrogenaze, u prisustvu koenzima NAD +. Reagensi: Etanol, rastvor KMn 4, razblažena 2 S 4 (1:1) Pribor: Epruveta, vodeno kupatilo 4 4 U nedostatku originalnog (fabričkog) vodenog kupatila, za potrebe ovih eksperimenata može se napraviti i improvizovano: u čašu od 250 ml do polovine zapremine se sipa česmenska voda i zagrijava se na rešou na temperaturi o C. U čašu se potapaju epruvete sa sadržajem koji treba zagrijati. 27

28 Postupak: Sipati u epruvetu oko 1 ml etanola i 0,5 ml rastvora kalijum-permanganata, a zatim nekoliko kapi sulfatne kiseline. Protresti epruvetu nekoliko puta, pri čemu se uočava početak promjene boje rastvora, a zatim je staviti u vodeno kupatilo i zagrijavati, do potpune promjene boje. gled 2. ksidacija alkohola pomoću kalijum-dihromata Alkalni dihromati (Na 2 Cr 2 7 i K 2 Cr 2 7 ) su narandžasto obojene kristalne supstance, koje se odlično rastvaraju u vodi. Kada reaguju sa alkoholima u kiseloj sredini, oni boju iz narandžaste mijenjaju u tamno-zelenu, što je pokazatelj završene reakcije oksidacije. Na ovoj hemijskoj reakciji se zasniva princip funkcionisanja alko-testa. Reagensi: Etanol, rastvor K 2 Cr 2 7, koncentrovana 2 S 4 Pribor: Epruveta, vodeno kupatilo Postupak: U epruvetu sipati oko 2 ml etanola, dodati jednu kap koncentrovane sumporne kiseline i oko 2 ml vodenog rastvora kalijum-dihromata. Rastvor zagrijavati na vodenom kupatilu sve do promjene boje rastvora iz narandžaste u zelenu. Esterifikacija Reakcija alkohola sa kiselinama zove se esterifikacija. U toj reakciji nastaju proizvodi koji se nazivaju estri. Alkoholi mogu reagovati kako sa organskim (metanska, sirćetna) tako i sa neorganskim kiselinama (sulfatna, nitratna, fosfatna), pri čemu se iz hidroksilne grupe alkohola eliminiše atom vodonika, a iz karboksilne grupe kiseline -grupa (koji međusobno grade vodu), a ostatak se vezuje u estar: Grupe koje se eliminisu + C 3 C 2 + C 3 C C 3 C + 2 C 2 C 3 Alkohol Kiselina Estar Na primjer, reakcija između etanola i benzoeve kiseline može se prikazati na sledeći način: C 3 C 2 + C + C C 2 C Etanol Benzoeva kiselina Etil-benzoat Reakcija esterifikacije je povratna reakcija, pa zahtijeva prisustvo katalizatora da bi ravnoteža bila pomjerena u stranu građenja estra (katalizatori su najčešće jake kiseline, poput Cl, N 3, 2 S 4 ). 28

29 gled 3. Esterifikacija etanola benzoevom i sirćetnom kiselinom Reagensi: Etanol, benzoeva kiselina, sirćetna kiselina, sulfatna kiselina (1:1) Pribor: Epruvete, vodeno kupatilo, kašičica Postupak: *Uzeti punu kašičicu benzoeve kiseline i preliti je u epruveti sa oko 2 ml etanola. Zatim dodati nekoliko kapi rastvora 2 S 4 i zagrijati epruvetu na vodenom kupatilu. *U drugu epruvetu sipati 1 ml sirćetne kiseline i 3 ml etanola, a potom i sulfatnu kiselinu, pa smješu zagrijati na vodenom kupatilu. Nakon desetak minuta zagrijavanja, u prvom slučaju se javlja prijatan miris etilbenzoata, a u drugom etil-acetata. Prokomentarišite na šta vas ti mirisi podsjećaju. F E N L I Fenoli su aromatična jedinjenja koja sadrže hidroksilnu grupu (-) direktno vezanu za aromatično jezgro, pa ih to čini bitno različitim od alkohola. S obzirom na direktnu vezu aromatičnog ugljenika za kiseonikov atom -grupe, kisele osobine fenolnog vodonika su prilično izražene. Mnogi fenoli se nalaze široko rasprostranjeni u prirodi i imaju farmakološki i medicinski značaj. Na primjer, salicilna kiselina se nalazi u kori vrbe i ima analgetičko i antipiretsko dejstvo, vanilin se nalazi kao aktivni princip arome vanile, timol u majčinoj dušici, a estradiol je ženski polni hormon (na strukturama su fenolne jedinice boldovane): 3 C C C 3 C C(C 3 ) Salicilna 3 kiselina Vanilin Timol Estradiol Prostiji fenoli imaju izraženo antiseptičko dejstvo i ranije su se koristili za dezinfekciju hirurških instrumenata. Pored toga, obzirom da se veoma lako oksiduju, fenoli i njihovi derivati su važni antioksidansi - lako reaguju sa slobodnim radikalima koji nastaju u organizmu, čime sprečavaju razvoj različitih oboljenja. Sam fenol (Ph-) snažno denaturiše proteine pa je vrlo toksičan za organizam. Za razliku od njega, acetil-salicilna kiselina (aspirin, derivat fenola) je poznati antipiretik, analgetik, antireumatik i inhibitor agregacije trombocita. Aspirin hidrolizuje u želucu na salicilnu kiselinu, koja inhibira enzim ciklooksigenazu (ovaj enzim inače katalizuje sintezu prostaglandina, signalnih molekula koji izazivaju bol). Sam aspirin može da inhibira transformaciju arahidonske kiseline u prostaglandine. Ipak, aspirin ima i neželjena dejstva: prilikom češće upotrebe iritira želudac, a nekad izaziva i krvarenje. Postoje dokazi da može izazvati Reye-ov sindrom kod male djece. S obzirom na to da je po hemijskoj strukturi estar, očekivana je njegova sklonost ka hidrolizi (koja se dešava u usnoj duplji, jednjaku, želucu). 29

30 N-(4-idroksifenil)acetamid ili paracetamol se koristi da bi se prevazišle mane koje ima aspirin. Fiziološka dejstva su mu ista kao i kod aspirina, ali je znatno stabilniji prema hidrolizi, jer je amid. p-aminosalicilna kiselina (PAS) je poznati i jedan od prvih primjenjivanih tuberkuloostatika, a evidentni su i uspjesi prilikom primjene ovog jedinjenja u liječenju Kronove bolesti. C C C C 3 N C 3 C Salicilna kiselina Acetil-salicilna kiselina (aspirin) N-(4-hidroksifenil)acetamid (paracetamol) 2 N p-aminosalicilna kiselina (PAS) gled 4. Reakcija fenolnih jedinjenja sa gvožđe(iii)-hloridom Molekul fenola je bogat elektronima (π-elektronski sistem aromatičnog prstena i dva slobodna elektronska para na atomu kiseonika, što ga čini odličnim ligandom). Sa jonima prelaznih metala lako gradi komplekse. U reakciji vodenog rastvora fenola sa gvožđe(iii)-hloridom nastaju obojena kompleksna jedinjenja. va reakcija služi za kvalitativno dokazivanje fenola: 6 C FeCl 3 [Fe(C 6 5 ) 6 ] Cl - Reagensi: Pribor: Postupak: Vodeni rastvori fenola i gvožđe(iii)-hlorida Epruveta U epruvetu usuti 2 ml rastvora fenola i dodati par kapi FeCl 3. Pojavljuje se ljubičasta boja od nastalog kompleksa. K A R B N I L N A J E D I Nj E Nj A U grupu karbonilnih jedinjenja spadaju sva organska jedinjenja koja sadrže karbonilnu (C=) grupu. U prvom redu, to su aldehidi i ketoni, ali se pod karbonilnim jedinjenjima podrazumijevaju i karboksilne kiseline i njihovi derivati. Aldehidi se mogu predstaviti opštom formulom R-C, a ketoni R-C-R (kod ketona grupe koje su vezane za ugljenikov atom karbonilne grupe mogu biti međusobno iste ili različite). Usled prisustva karbonilne grupe aldehidi i ketoni podliježu sličnim reakcijama: mogu se oksidovati, redukovati ili stupiti u reakcije sa nukleofilnim reagensima. Jedna od najznačajnijih reakcija u organskoj hemiji je reakcija aldolne kondenzacije, u kojoj međusobno reaguju dva karbonilna jedinjenja. va reakcija je vrlo česta u biološkim sistemima (npr. biosinteza fruktoze iz gliceraldehida i dihidroksiacetona). 30

31 gled 5. Frommer-ova reakcija sa acetonom Prilikom reakcije acetona sa salicil-aldehidom u baznoj sredini dolazi do aldolne kondenzacije, koja je praćena eliminacijom četiri molekula vode i nastajanjem obojenog kondenzacionog proizvoda: C + C 3 C C3 + 2 Na Na Na Salicil-aldehid Aceton Natrijum-2,2'-[3-oksapenta-1,4-dien-1,5-diil]difenolat Dobijeni adukt je intenzivno crvene boje i ova reakcija je dugo vremena korišćena za dokazivanje acetona u mokraći kod pacijenata koji su oboljeli od acetonurije i dijabetesa. 5 Reakcija je veoma osjetljiva tako da se njom mogu dokazati i tragovi acetona. Reagensi: Pribor: Postupak: Aceton, rastvor salicil-aldehida, koncentrovan rastvor Na Epruveta, plamenik U epruvetu sipati 1 ml acetona, dodati mu desetak kapi rastvora salicil-aldehida i pažljivo niz zid epruvete uliti 3 ml rastvora natrijum-hidroksida. Epruvetu zagrijavati pažljivo na plameniku, pri čemu se na dodirnoj površini između dva sloja obrazuje prsten crvene boje. ksidacija aldehida Aldehidi se mogu oksidovati blagim oksidacionim sredstvima do odgovarajućih karboksilnih kiselina sa istim brojem ugljenikovih atoma. bično se kao oksidansi koriste rastvori jona prelaznih metala. Ketoni se, sa druge strane, mogu oksidovati isključivo pomoću jakih oksidacionih sredstava (KMn 4, N 3 ), pri čemu nastaju smješe karboksilnih kiselina. Dok se metalni joni redukuju do svojih niževalentnih (ili elementarnih) stanja, aldehidi se oksiduju do odgovarajućih kiselina. Reakcija oksidacije se obično vrši u baznoj sredini. U organskoj hemiji se za oksidaciju aldehida koriste sledeći reagensi: Tolensov reagens (kao aktivni metalni jon sadrži Ag +, koji se u reakciji sa aldehidom redukuje do elementarnog srebra, koje se izdvaja kao tanak film po unutrašnjem zidu posude); Felingov reagens (rastvor Cu 2+ - jona, koji se redukuju do bakar(i)-oksida, Cu 2, koji se izdvaja kao talog cigla-crvene boje); Neslerov reagens (kao aktivni metalni jon sadrži g 2+, koji se redukuje do elementarne žive u prisustvu aldehida, dok sa ketonima gradi obojene 5 U mokraći zdravog čovjeka količina takozvanih,,acetonskih tijela (aceton, acetosirćetna kiselina i 3-hidroksibutanska kiselina) je neznatna. Međutim, ukoliko se ishrana bazira isključivo na namirnicama siromašnim ugljenim hidratima, a bogatim proteinima i mastima, dolazi do gomilanja značajnih količina ovih jedinjenja u mokraći. Gladovanje ima iste efekte. 31

32 adicione proizvode); Nilanderov reagens (vodeni rastvor Bi 3+ -jona, pri čemu se kao rezultat pozitivne reakcije oksidacije aldehida izdvaja elementarni bizmut). gled 6. Tollens-ova reakcija sa aldehidima (reakcija,,srebrnog ogledala ) Aldehidi redukuju amonijačni rastvor srebro-nitrata (Tolensov reagens) do elementarnog srebra karakteristične metalno-sive boje, pri čemu se sami oksiduju do odgovarajuće karboksilne kiseline: R-C + 2 [Ag(N 3 ) 2 ] R-CN 4 + 2Ag + 3N Tolensov reagens je eksplozivan ukoliko stoji duže vremena pa se priprema neposredno pred upotrebu. Reagensi: Rastvor aldehida (metanal, glukoza), rastvor AgN 3, koncentrovan Na, 25% N 3 Pribor: Epruveta, vodeno kupatilo Postupak: U epruvetu sipati 1 ml rastvora AgN 3 i ukapati 0,5 ml rastvora Na. Gradi se mrki talog srebro-oksida, koji se rastvara po dodatku amonijaka. Dobijeni rastvor je Tolensov reagens. U napravljeni rastvor dodati oko 1 ml ispitivanog aldehida i epruvetu zagrijati na vodenom kupatilu sve dok se njeni zidovi ne počnu prevlačiti tankim slojem srebra (,,srebrno ogledalo ). Uprošćena jednačina oksidacije na primjeru formaldehida ima sledeći oblik: C + 2Ag Metanal (formaldehid) C + 2Ag + 2 Metanska kiselina Jodoformska reakcija (halogenovanje karbonilnih jedinjenja) Vodonikovi atomi metil-grupe, koja je direktno vezana za karbonilnu grupu aldehida ili ketona, lako podliježu reakciji supstitucije. Pri potpunom halogenovanju, vodonikovi atomi se supstituišu sa halogenim elementima i nastaju trihalogen-metil-derivati. Na primjer, u reakciji sa jodom nastaju trijodo-derivati karbonila, koji u baznoj sredini grade jodoform (CI 3 ) i so odgovarajuće karboksilne kiseline. Pored metilketona, pozitivnu jodoformsku reakciju daju sekundarni metil-alkoholi (jer oksidacijom daju metil-ketone), ali i sam etanol (oksidacijom daje acetaldehid, koji ima metil-grupu u susjedstvu karbonilne - u ovom slučaju - aldehidne grupe). U reakciji etanola i Lugolovog rastvora (koji je vodeni rastvor joda i kalijum-jodida, mrko-crvene boje i koristi se u mikroskopiji za bojenje preparata, a u hirurgiji za dezinfekciju rana i šavova), u baznoj sredini gradi se jodoform, koji je slabo rastvoran u vodi. Jodoform (CI 3 ) je žuta praškasta supstanca koja se koristi u stomatologiji kao antiseptik i veoma je karakterističnog mirisa. Jednačine svih reakcija koje se odvijaju dejstvom alkalnog rastvora joda na etanol su: 32

33 C 3 C 2 + I 2 C 3 C + 2I C 3 C + 3 I 2 CI 3 C + 3I CI 3 C + Na CI CNa /oksidacija/ /supstitucija/ /oksidacija-supstitucija/ Jodoformska reakcija se koristi za razlikovanje metanola (koji ne gradi jodoform) i etanola (koji ga gradi). Metanol je veoma toksičan jer se u organizmu oksiduje najprije do metanala (formaldehida), a zatim i do metanske (mravlje) kiseline, koja snižava p-vrijednost krvi i dovodi do acidoze i smrti. Letalna doza metanola za odraslog čovjeka je oko 50 ml. U količini nižoj od te izaziva slepilo. Etanol je protivotrov za metanol jer se sam lakše oksiduje, na račun čega se metanol izbaca iz organizma hemijski netransformisan. gled 7. Jodoformska reakcija sa etanolom Reagensi: Etanol, Lugolov rastvor, rastvor Na Pribor: Epruveta, vodeno kupatilo Postupak: U epruvetu sipati oko 0,5 ml etanola, dodati oko 2 ml Lugolovog rastvora i u kapima rastvor natrijum-hidroksida sve do obezbojavanja smješe. Nakon toga epruvetu zagrijati u vodenom kupatilu. Nastaju žućkasti kristali i osjeća se karakterističan miris na zubnu ordinaciju, koji potiče od dobijenog jodoforma. K A R B K S I L N E K I S E L I N E Karboksilne kiseline su organska jedinjenja koja u svom molekulu sadrže karboksilnu grupu (-C). Mogu se prikazati opštom formulom R-C. Karboksilna grupa je složena funkcionalna grupa koja se sastoji iz karbonilne (C=) i hidroksilne () grupe (podvučeni djelovi objašnjavaju naziv grupe). U zavisnosti od ugljovodoničnog ostatka, kiseline mogu biti aciklične (zasićene i nezasićene), ciklične (aliciklične i aromatične) i supstituisane (hidroksi-, halogen-, keto-, amino-kiseline i sl.), dok se prema broju karboksilnih grupa dijele na monokarboksilne i polikarboksilne. U tabeli 5 su navedene neke važnije karboksilne kiseline. Prve tri spadaju u niže masne kiseline, a naredne četiri u više masne kiseline (imaju neprocjenjiv biohemijski značaj za život). Benzoeva kiselina je najprostija aromatična kiselina, a oksalna je najprostija dikarboksilna kiselina. Vinska i limunska spadaju u tzv. voćne kiseline, a po sastavu su hidroksi-polikarboksilne kiseline, dok mliječna kiselina spada u hidroksi-monokarboksilne kiseline. 6 znaka,, iza formule neke hemijske supstance označava da se ona u datoj reakciji oslobađa kao gasoviti proizvod, dok oznaka,, predstavlja supstancu koja se izdvaja u obliku taloga. 33

34 Kiselina Formula Naziv soli Nalaženje u prirodi Metanska (mravlja) C Metanoati (formijati) Mravi, kopriva Etanska (sirćetna) C 3 C Etanoati (acetati) Sirće, trulo voće Butanska (buterna) C 3 C 2 C 2 C Butanoati (butirati) Buter, znoj Palmitinska C 3 (C 2 ) 14 C Palmitati Masti Stearinska C 3 (C 2 ) 16 C Stearati Masti leinska C 3 (C 2 ) 7 C=C(C 2 ) 7 C leati Ulja Arahidonska Arahidonati Kikiriki C Benzoeva Benzoati Mnoge biljke. C ksalna C ksalati Zelene biljke C Vinska -C Tartarati Grožđe, vino -C C Mliječna C 3 -C()-C Laktati Mlijeko C 2 -C Limunska C C Citrati Limun, pomorandža, C 2 -C mandarina, grejpfrut Tabela 5: Neke značajnije karboksilne kiseline, njihove soli i prirodni proizvodi u kojima se nalaze gled 8. Kiselost karboksilnih kiselina U poređenju sa neorganskim kiselinama (N 3, Cl, 2 S 4 ), karboksilne kiseline su slabe. Međutim, one imaju izraženu kiselost u odnosu na druga organska jedinjenja (aldehide, ketone, alkohole). Njihova kiselost se može dokazati bilo upotrebom kiselinsko-baznih indikatora (metil-oranža ili plavog 34

35 lakmusa) 7, bilo reakcijom sa natrijum-karbonatom, u kojoj se izdvaja slaba ugljena (karbonatna) kiselina ( 2 C 3 ). na je nepostojana i razlaže se na vodu i ugljen-dioksid, koji se oslobađa kao gasoviti proizvod: 2 C C 2 Inače, za reakciju razlaganja ugljene kiseline u organizmu neophodno je prisustvo enzima karboanhidraze. 2 R-C + Na 2 C 3 2 R-CNa C 2 Pored navedenog, važno je naglasiti da kiselost bilo kog jedinjenja dolazi do izražaja samo ukoliko postoji medijum (rastvarač), kroz koji se prenose kiseli -atomi. Reagensi: Pribor: Postupak: Rastvor C 3 C (1:1), čvrst Na 2 C 3, limunska kiselina, rastvor metil-oranža, voda * Na sahatno staklo staviti malo čvrstog natrijum-karbonata i preliti ga sa 0,5 ml rastvora sirćetne kiseline. Izdvajanje mjehurića C 2 dokaz je prisustva kiselih vodonikovih atoma. * U čašu sipati kašičicu čvrste limunske kiseline i istu količinu natrijum-karbonata. Izmiješati supstance staklenim štapićem. Zatim smješi dodati destilovanu vodu. Počinje naglo oslobađanje gasovitog C 2. Na ovoj reakciji se zasniva rastvaranje,,šumećih tableta u vodi. * U epruvetu sipati oko 1 ml vodenog rastvora sirćetne kiseline i dodati 2-3 kapi rastvora metil-oranža. Doći će do promjene njegove boje iz narandžaste u crvenu. Karboksilne kiseline grade četiri tipa derivata: halogenide, anhidride, estre i amide. d derivata ćemo na ovom mjestu pomenuti samo ureu (karbamid) koja spada u klasu amida (tačnije, u pitanju je diamid ugljene kiseline). Urea je krajnji proizvod metabolizma azota kod sisara. Nastaje u jetri, a izlučuje se putem mokraće. Zbog visokog procenta azota koristi se kao vještačko đubrivo. idrolizom u baznoj sredini (kao i enzimskom hidrolizom) nastaju amonijak i karbonatna kiselina. Iz uree se sintetišu barbiturati, a njen derivat je i guanidin (koji ulazi u sastav arginina, kreatina i kreatinina). gled 9. Enzimsko razlaganje uree Enzim ureaza katalizuje hidrolitičko razlaganje uree na karbonatnu (ugljenu) kiselinu i amonijak, koji dalje međusobno reaguju i grade amonijum-karbonat. Usled hidrolize amonijum-karbonata, rastvor reaguje bazno, što se dokazuje fenolftaleinom: 7 Metil-oranž je kiselinsko-bazni indikator koji u kiseloj sredini ima crvenu boju, u neutralnoj je narandžast, dok je u baznoj sredini žute boje. Plavi lakmus u prisustvu kiselina postaje crveno obojen. 35

36 N 2 C N2 ureaza C N 3 2 C N 3 (N 4 ) 2 C 3 reaguje bazno Reagensi: Pribor: Postupak: Rastvor uree, rastvor ureaze, fenolftalein Epruvete, vodeno kupatilo U dvije epruvete usuti po 2 ml rastvora uree i u jednu dodati 3-4 kapi rastvora ureaze. Posle blagog zagrijavanja, u obje epruvete dodati par kapi rastvora fenolftaleina. Samo u epruveti u kojoj je dodata ureaza pojavljuje se intenzivno ljubičasta boja. gled 10. Dokazivanje mliječne kiseline Supstituisane kiseline nastaju zamjenom jednog ili više atoma vodonika u alkil-nizu kiseline nekom grupom. idroksi- i keto-kiseline su najznačajnije sa biološke tačke gledišta jer u živim sistemima podliježu reakcijama oksidoredukcije. Jedna od veoma važnih hidroksi-kiselina je mliječna kiselina (IUPAC-ov naziv: α-hidroksi-propanska kiselina), čije se soli nazivaju laktati. Mliječna kiselina je bezbojna do žućkasta uljasta tečnost, koja je dobro rastvorna u vodi. Ulazi u sastav mlijeka i mliječnih proizvoda. U stanjima premora, izlučuje se u mišiće i taj proces je poznat kao zapaljenje (upala) mišića. na se u malim količinama nalazi u želudačnom soku, dok joj se koncentracija značajno povećava u slučaju malignih oboljenja ili teških oblika anemije. Za dokazivanje mliječne kiseline koristi se reakcija sa rastvorom FeCl 3. Reagensi: Mliječna kiselina, rastvor fenola, rastvor FeCl 3 Pribor: Epruveta Postupak: U epruvetu sipati 2 ml rastvora fenola i dodati par kapi rastvora gvožđe(iii)-hlorida. Javlja se ljubičasta boja od nagrađenog kompleksa gvožđa sa fenolom. Kada u istu epruvetu dodamo par kapi mliječne kiseline, ljubičasta boja odmah prelazi u žutu. gled 11. ksidacija mliječne kiseline ksidacijom mliječne kiseline dobija se pirogrožđana, koja je krajnji proizvod glikolize ciklusa biohemijskog razlaganja glukoze. U mišićima se u toku fizičkog napora, tj. nedostatka kiseonika pirogrožđana kiselina konvertuje u mliječnu pod dejstvom enzima laktat-dehidrogenaze (LD). Mliječna kiselina se dejstvom nekog oksidacionog agensa oksiduje do pirogrožđane, koja dekarboksilacijom daje acetaldehid, a koji se dalje oksiduje do sirćetne kiseline. 36

37 C 3 -C-C [] C 3 -C-C C 2 + C 3 C [] C 3 C Mliječna kiselina Pirogrožđana kiselina Acetaldehid Sirćetna kiselina Reagensi: Mliječna kiselina, rastvor kalijum-permanganata, rastvor sulfatne kiseline (1:1) Pribor: Epruveta, plamenik Postupak: U epruvetu sipati 1 ml mliječne kiseline, 2 ml rastvora kalijum-permanganata i 1-2 ml rastvora 2 S 4. Reakcionu smješu pažljivo zagrijati na plameniku. Karakteristična ljubičasta boja kalijum-permanganata se gubi, a javlja se prijatan miris acetadehida. Vitamin C Vitamin C (L-askorbinska kiselina) je bijela praškasta supstanca kiselog ukusa koja se lako rastvara u vodi. Prvi put je u čistom stanju izolovan iz kore nadbubrežne žlijezde i iz crvene paprika. Spada u slabe kiseline (jača je kiselina od sirćetne, ali je slabija od limunske i mliječne). Nalazi se u skoro svim vrstama voća i povrća. Raspada se na povišenoj temperaturi (od 60 o C pa naviše), nakon dužeg kontakta sa vazduhom ili bazama. U kiseloj sredini je stabilan. Biohemijski značaj mu se ogleda u prenosu vodonikovih jona i omogućavanja vršenja reakcija hidroksilacije uvođenja -grupe u druge molekule. Sinteza kolagena (koji gradi kosti, kožu i hrskavicu) je nemoguća bez prisustva vitamina C. Veće količine vitamina C se nalaze u kori nadbubrežne žlijezde i tu se koristi za reakciju prevođenja holesterola u kortikosteroide. Sa izuzetkom mišića, velike količine ovog vitamina se nađene u svim tkivima i organima sa visokom metabolitičkom aktivnošću. Lako se oksiduje pa ima važnu ulogu kako kao biološki redoks-sistem tako i kao moćan antioksidans. Naime, važna funkcija vitamina C u biološkim sistemima je njegova aktivnost kao radikalskog inhibitora. n je odličan,,hvatač slobodnih radikala koji se stvaraju u ćelijama i na taj način sprječava odigravanje slobodnoradikalskih reakcija, koje su odgovorne za razvoj teških oboljenja, a jedan su od uzroka starenja. Takođe, vitamin C smanjuje koncentraciju ukupnog holesterola i triglicerida u krvi. Dnevne doze ovog vitamina za odraslog čovjeka su oko 70 mg. 8 Nedostatak vitamina C izaziva skorbut oboljenje direktno povezano sa nemogućnošću sinteze kolagena, a koje se manifestuje pojavom bljedila i depresije a u težim slučajevima nastaju otvorene rane i gubitak zuba, slabljenje kostiju pa čak i smrt. Eksperimentalno, u stanju je da potpuno zaustavi malignu transformaciju ćelija, a dokazano je da smanjuje mortalitet kod ljudi sa kardiovaskularnim oboljenjima, a pojačava i efikasnost imunog sistema. 8 Maksimalna količina vitamina C koju čovjek može unijeti u organizam u toku 1 dana je 20 g. Međutim, dugotrajno uzimanje velikih količina ove supstance može oštetiti želudac, povisiti arterijski krvni pritisak i narušiti funkcije bubrega. 37

38 Vitamin C lako redukuje Fe 3+ -jon do Fe 2+ -oblika 9, a redukovani oblik se može jednostavno dokazati u reakciji sa rastvorom gvožđe(iii)-hlorida sa kojim gradi intenzivno plavi rastvor -,,berlinsko plavo. Sama redukcija trovalentnog gvožđa u dvovalentno stanje nije baš jednostavan proces, tako da se ovom reakcijom pokazuje redukciona moć askorbinske kiseline. Askorbinska kiselina C()C 2 C()C K 3 [Fe(CN) 6 ] + 2 Na + 2 K 4 [Fe(CN) 6 ] Dehidroaskorbinska kiselina 2 K 4 [Fe(CN) 6 ] + 4 FeCl 3 Fe 4 [Fe(CN) 6 ] + 12 KCl,,Berlinsko plavo" Redukcione osobine vitamina C su toliko izražene da je on u stanju da iz rastvora srebrovih soli trenutno izdvoji elementarno (,,koloidno ) srebro već na sobnoj temperaturi. U reakciji sa Felingovim reagensom, takođe na sobnoj temperaturi, dolazi do taloženja žutog taloga koji potiče od Cu (kada se ova reakcija izvodi sa aldehidima ili šećerima, reakcionu smješu je neophodno zagrijati). C Cu Cu + C Vitamin C Felingov reagens žuti talog dehidroaskorbinska kiselina Takođe, sa jakim oksidacionim sredstvima (kakav je npr. KMn 4 ) dolazi do trenutne reakcije. gled 12. Dokazivanje vitamina C Reagensi: Pribor: Rastvor vitamina C 10, rastvor Na, rastvor kalijum-heksacijanoferata, hloridna kiselina (1:1), rastvor gvožđe(iii)-hlorida, rastvor srebro-nitrata, Feling I, Feling II, rastvor kalijum-permanganata Stalak sa epruvetama 9 Fe 2+ je oblik gvožđa koji ima biološku ulogu (ugradnja u hem, tj. hemoglobin), dok je Fe 3+ forma štetna po eritrocite. Zbog ove reakcije nutricionisti savjetuju sa bi zelenu salatu (koja je bogata gvožđem) trebalo začiniti limunom (bogat vitaminom C) kako bi se pospiješilo unošenje redukovanog oblika gvožđa. 10 Vodeni rastvor vitamina C se razgrađuje stajanjem i na svjetlosti, pa se priprema neposredno pred upotrebu. 38

39 Postupak: * U epruvetu sipati oko 1 ml rastvora vitamina C i dodati 2 kapi rastvora FeCl 3. Žuta boja ovog rastvora odmah se gubi usled redukcije Fe 3+ -jon do Fe 2+ -oblika. * U epruvetu sipati 1 ml rastvora vitamina C, dodati par kapi rastvora Na i 2 ml rastvora K 3 [Fe(CN) 6 ]. Sadržaj epruvete promućkati, a zatim dodati nekoliko kapi rastvora Cl i na kraju par kapi rastvora FeCl 3. Pojavljuje se intenzivno plava boja -,,berlinsko plavo. * U epruvetu sipati 2 ml rastvora vitamina C i dodati par kapi rastvora AgN 3. Bistar rastvor se polako zamućuje da bi se vrlo brzo izdvojila suspenzija koloidnog srebra sive boje. * U epruvetu sipati oko 2 ml Felinga I i u kapima dodavati rastvor Felinga II uz neprestano mućkanje sadržaja epruvete (kada se dodaju prve kapi Felinga II, taloži se plavi Cu() 2, koji se daljim dodavanjem ovog reagensa rastvara i gradi rastvor kompleksno vezanog Cu 2+ za tartarat azurno plave boje to je Felingov reagens). U napravljeni reagens dodati 1 ml vodenog rastvora vitamina C. dmah po dodatku stvara se žuti talog od Cu, koji stajanjem (ili zagrijavanjem) prelazi u mrko-crveni talog Cu 2. * U 2 ml rastvora vitamina C dodati 1-2 kapi vodenog rastvora kalijum-permanganata. Intenzivna ljubičasta boja permanganata se odmah gubi prilikom dodira sa rastvorom vitamina. Zadaci za vježbanje 1. Napisati strukturne formule sljedećih jedinjenja: a. 2-hlor-propan n. 3-etil 1-metil cikloheksen b. 2-metil-pentan o. 2-butanon c. 4-etil-2,3,4-trimetilnonan p. 2-metil-3-heksanon d. 3,3-dietil 2,4,6-trimetilheptan q. 2-metil-3-pentanon e. 3-dietil 2,2,7-trimetil 6-propilnonan r. 2-metil-butanska kiselina f. 2,5-dimetil-2-okten s. anhidrid etanske kiseline g. 4,4-dietil 5,6,6-trimetil 2-okten t. anhidrid propanske kiseline h. 4,7-dietil 2,6-dimetil 2,5-nonadien u. 3-metil-pentanska kiselina i. cis-2-buten v. etil-metanoat j. 4,5-dietil 3,4,5,6-tetrametil 1-oktin w. Na-benzoat k. 2-metil-3-hidroksi-toluen x. etil-etanoat l. 2-metil-2-propanol y. metil-butanoat m. fenol z. jabučna kiselina 39

40 2. Napisati strukturne formule sljedećih jedinjenja: a. acetil-salicilna kiselina n. 4-izopropil-5-propiloktan b. 2-pentin o. 2-metil 3-heksanon c. 2,2-dimetil-propan p. metil-cikloheksan d. 5,5-dietil 6,6-dimetil 4,4-dipropil q. 5-etil 2,6-dimetil 3-hepten 2-okten r. 3,5,5-trietil 2,3-dimetilheptan e. kalijum-benzoat s. limunska kiselina f. 3,3-dimetil-2-pentanon t. 2,2,3-trihidroksi-butan g. 3,3-dietil 2,4,6-trimetiloktan u. α-hidroksi-butanska kiselina h. 3,3-diizopropil-2-metil-heptan v. natrijum-etanolat i. o-hidroksi benzoeva kiselina w. 2,2-dihidroksi-3-metil-heksan j. izobutil-butanoat x. 1,2-dimetil-cikloheksan k. o-krezol y. 1,3-dietil-cikloheksan l. 4-metil-1,3-heksadien z. terc-butanol m. β-metil-heksanska kiselina 3. Kod kojih od navedenih jedinjenja je moguća geometrijska izomerija? a)1-buten b)2-buten c)2-metil-2-buten d)1-penten e)2-penten f) 3-metil-4- etil-3-heksen 4. Predstaviti hemijskom jednačinom sljedeće reakcije i imenovati dobijena jedinjenja: a. 2-propanol + 2 S 4 b. 2-propanol + KMn 4 c. 2-propanol + Mg() 2 d. propanon + 1 mol etanola e. 1-hlorpropan + 1 mol K f. 2-butin + 1mol Br g. metanol + metanska kiselina, + h. propanska kiselina + 2-propanol, + i. etan + Cl 2 /hυ j. eten + 2 /Pt k. propanska kiselina + Na l. etanal + 2 mola etanola m. 2,2-dihlor-butan + 2 mola K n. oksalna kiselina + 2 mola K o. salicilna kiselina + Na p. benzoeva kiselina + Na q. propanska kiselina + Ca() 2 r. etanal + 1 mol 2-butanola s. metanal + butanal t. propanon + butanal u. etanska kiselina + izopropil-alkohol, + v. benzen + N 3, + w. 2-butin + Cl (2mol) x. 1,5-heksadien + Br (1mol) 5. Prikazati logičnu šemu hemijskih reakcija za sintezu butanske kiseline polazeći od 1,1-dibrom-butana. 6. Napisati jednačinu oksidacije 2-metil-1-propanola i imenovati dobijeno jedinjenje. 7. Napisati jednačinu oksidacije etanola u kiseloj sredini kalijum-permanganatom. 40

41 8. Atom vodonika sa prvog ugljenikovog atoma u 3-metilheksanu zamijenjen je 2- propil grupom. Napisati strukturnu formulu i naziv nastalog jedinjenja. 9. Atom vodonika sa drugog ugljenikovog atoma u 4-etil 3-metil heptanu zamijenjen je izopropil grupom. Napisati strukturnu formulu i naziv nastalog jedinjenja. 10. Koji je sporedni proizvod adicije Cl na 1,3-butadien? Predstaviti hemijskom jednačinom. 11. Koliko ima primarnih, sekundarnih, tercijarnih i kvartenernih C-atoma u molekulu 3,3-dietil-2,4,4,6,6-pentametil-5,5-dipropil oktana? 12. Koje jedinjenje nastaje u reakciji oksalne kiseline i 2 mola 2-butanola? Prikazati hemijskom jednačinom. 13. emijskom jednačinom prikazati građenje obojenog kompleksa fenola sa FeCl emijskim jednačinama prikažite logičan slijed za dobijanje 1-butanola polazeći od butana, koristeći samo neorganske reagense. 15. Navesti sve moguće proizvode aldolne kondenzacije propanona i etanala. 16. Koliko primarnih, sekundarnih i tercijernih ugljenikovih atoma ima u molekulu 2,3,4-trimetil pentana? 17. Koje jedinjenje nastaje oksidacijom 1,2-dimetil-benzena? Napisati hemijsku jednačinu. 18. Polazeći od a) propena, b) propina, c) propanona prikazati sintezu 2-propanola. 19. Napisati formulu jednog alkohola koji daje pozitivnu jodoformsku probu. Napisati zatim i reakciju oksidacije izabranog alkohola. 20. Kako se zovu jedinjenja koja nastaju u reakciji aldehida sa: a) jednim molom b) dva mola alkohola? emijskom jednačinom predstaviti reakciju butanala sa 2 mola etanola i imenovati dobijeno jedinjenje. 21. Napisati formulu najjednostavnijeg aldehida koji pokazuje optičku izomeriju. Imenovati to jedinjenje. 22. emijskom jednačinom predstaviti reakciju između izopropil-alkohola i metanske kiseline. Imenovati dobijeno jedinjenje a zatim napisati jednačinu reakcije tog jedinjenja sa metanolom. 23. emijskom jednačinom prikazati reakciju između propanske kiseline i etanola u kiseloj sredini. Imenovati nastali proizvod reakcije. Kojoj grupi jedinjenja on pripada? 24. Prikazati logičan slijed reakcija za sintezu etil-etanoata polazeći od etina, koristeći samo neorganske reagense. 25. Aldehidi su jedinjenja koja, za razliku od ketona, reaguju sa Tolensovim reagensom. Šta je Tolensov reagens? Predstaviti Tolensovu reakciju na propanal. 26. emijskom jednačinom predstaviti reakciju između 2-propanola i metanske kiseline u kiseloj sredini, a zatim imenovati dobijeni proizvod. 27. Koliko postoji različitih butanola? Da li neki od njih pokazuje optičku izomeriju? 41

42 Prikazati logičnu hemijsku šemu reakcija kojima se iz propana dobija propanska kiselina. 29. Kojom reakcijom možemo razlikovati aldehide od ketona? bjasniti na primjeru butanala i butanona. 30. emijskom jednačinom prikazati jodoformsku reakciju na proizvoljno odabranom ketonu. 31. emijskom jednačinom prikazati reakciju između sek-butanola i etanske kiseline u kiseloj sredini i imenovati dobijeno jedinjenje. 32. Koji su mogući proizvodi aldolne adicije između propanona i butanala? 33. Koja jedinjenja nastaju oksidacijom: a) toluena, b) p-ksilena? Predstaviti hemijskim jednačinama. 34. Koliki je oksidacioni broj tercijarnog ugljenikovog atoma u 2-metil-propanu? 35. Aspirin je lijek koji se koristi protiv blažih bolova, kao antipiretik, protiv zapaljenja, ali i u prevenciji infarkta miokarda. Prikazati njegovu sintezu, ako su reaktanti salicilna kiselina i anhidrid etanske kiseline 36. Jodoform (CI 3 ) je jedinjenje koje je tokom XX vijeka imalo široku primjenu u medicini kao lokalni anestettik i antiseptik. Prikazati njegovu sintezu polazeći od metana. 37. emijskom jednačinom prikazati reakciju između oksalne kiseline i 2 mola etanola u kiseloj sredini. Imenovati dobijeno jedinjenje. 38. Navesti sve moguće proizvode aldolne adicije između etanala i propanona. 39. Koja od navedenih jedinjenja daju obojeni kompleks sa gvožđe (III)-hloridom? m-krezol; acetil-salicilna kiselina; α-naftol; salicilna kiselina; benzaldehid 40. Napisati formule i imena jedinjenja koja nastaju energičnom oksidacijom 5-metil-2- heksanona. 41. Napisati formulu i naziv najjednostavnijeg alkena koji pokazuje optičku izomeriju. 42. Kod kojeg od navedenih jedinjenja nije moguća geometrijska izomerija? 1,2- dihloreten; 1-hlor-propen; 1,2-dihlorpropan; 2,4-heksadien? 43. Napisati formule i nazive po jednog alkohola, aldehida i ketona sa kojima nije moguće izvesti jodoformsku reakciju. 44. Napisati formule i nazive jedinjenja koja nastaju mononitrovanjem toluena. 45. Napisati jednačinu oksidacije 4,5-dimetil-2-heksanola i imenovati dobijeno jedinjenje. Koji proizvodu nastaju njegovom oksidacijom? 46. Predstaviti hemijskom jednačinom sintezu butanona polazeći od 1-butina. 47. emijskim jednačinama reakcija predstaviti adiciju vode na 3-heksin, u prisustvu g 2+ jona. Imenovati dobijeno jedinjenje. 48. Napišite formule a) bromida; b) anhidrida; c) etil-estra; d) amida; e) N-metil N-etil amida β-hidroksi butanske kiseline. Sa koliko molekula Na može reagovati ova kiselina? Napisati hemijsku jednačinu.

43 49. Napisati jednačinu hemijske reakcije 1-propina sa jednim molekulom Br. Imenovati dobijeno jedinjenje. Da li ono pokazuje optičku izomeriju? Ako je odgovor potvrdan, napisati optičke izomere. 50. emijskom jednačinom predstaviti reakciju između 2-etil pentanala sa: a) etanolom b) etanalom c) etil-aminom i imenovati dobijene proizvode. 51. Napišite jednačine hemijskih reakcija 4-butil 5-metil 2-nonena sa: a) Cl; b) KMn4; c) 2 i imenovati dobijene proizvode. 52. emijskom jednačinom prikazati reakciju između 2-pentanona i etanala. Imenovati dobijeni proizvod reakcije, a zatim zaključiti da li on pokazuje optičku izomeriju i da li daje pozitivnu jodoformsku reakciju. brazložiti odgovore. 53. emijskom jednačinom prikazati reakciju između propanoil-hlorida i natrijumetanoata? U koju grupu jedinjenja spada dobijeni proizvod reakcije? 54. Koje se jedinjenje dobija oksidacijom 4,4,5-trimetil-2-heksanola? emijskom jednačinom predstavite reakciju između tog jedinjenja i fenil-hidrazina? 55. Napisati strukturnu formulu najjednostavnijeg ketona koji pokazuje optičku izomeriju, a zatim napišite jednačinu reakcije između tog ketona i 2 molekula 2- propanola. 56. Na primjeru molekula Propafenona, lijeka koji se široko upotrebljava u terapiji srčanih aritmija, odgovoriti na sljedeća pitanja: a. Izvedite molekulsku formulu Propafenona. b. Koje funkcionalne grupe u molekulu Propafenona prepoznajete? Zaokružite ih i imenujte ih. c. Sa koliko najviše molekula etanola može reagovati molekul Propafenona? brazložite. 57. Na osnovu hemijske formule Salbutamola, odgovorite na sljedeća pitanja: 43

44 44 a. Izvedite molekulsku formulu Salbutamola. b. Sa koliko molekula Na bi molekul Salbutamola mogao reagovati? Napišite reakciju. c. Koliko sekundarnih ugljenikovih atoma ima molekul Salbutamola?

45 Vježba br. 6 UGLJENI IDRATI Ugljeni hidrati (šećeri ili saharidi) predstavljaju najrasprostranjenija prirodna organska jedinjenja. Po hemijskoj strukturi predstavljaju polihidroksilne aldehide ili ketone, kao i njihove polimere. Dijele se na monosaharide (šećeri koji se dalje ne mogu razlagati), oligosaharide (sadrže od dvije do deset monosaharidnih jedinica) i polisaharide (jedinjenja koja u sebi sadrže veliki monosaharidnih jedinica). Sintetišu se u zelenim biljkama u procesu fotosinteze. Tako u biljkama iz prostih i energijom siromašnih jedinjenja (vode i ugljen-dioksida), u prisustvu sunčeve svjetlosti, nastaju energijom bogata jedinjenja šećeri: svjetlost 6 C C hlorofil 2 Primarno, šećeri su izvori energije za sva živa bića, ali se često mogu naći i kao gradivni materijal funkcionalnih biomolekula (glikoproteini, nukleinske kiseline i sl.). Zbog svoje visoke rastvorljivosti u vodi monosaharidi i niži oligosaharidi se vezuju za proteine i lipide i na taj način značajno povećavaju njihovu rastvorljivost. Empirijska formula najvećeg broja jednostavnih ugljenih hidrata je C n ( 2 ) n, pa se oni smatraju hidratima ugljenika. Mnogi su poznati iz svakodnevnog života: glukoza ili grožđani šečer je monosaharid, fruktoza 11 se nalazi u voću, skrob je polisaharid kog ima u krompiru, žitaricama i voću, celuloza 12 ulazi u sastav svih biljaka i daje im potporu, a saharoza ili obični bijeli šećer se koristi kao zaslađivač. Šećeri sa aldehidnom funkcionalnom grupom zovu se aldoze, a sa keto-grupom ketoze. Prema broju ugljenikovih atoma dijele se na: trioze (3 C atoma), tetroze (4), pentoze (5), heksoze (6), heptoze (7)... Ugljeni hidrati se najčešće predstavljaju Fisher-ovim ili aworth-ovim projekcionim formulama: C 2 C C C C C 2 C C C C C 2 C 2 Aldopentoza Ketoheksoza Piranozni oblik šećera (Fišerove projekcione formule) (ejvortova projekciona formula) 11 Fruktoza je najslađi prirodni šećer. Zbog njenog prisustva u medu, on je slađi od običnog bijelog šećera. 12 Celuloza u prosjeku čini oko 30% mase biljke (osim pamuka, koji je 98% celuloza), pa to celulozu čini najrasprostranjnijim orgasnkim jedinjenjem u prirodi. 45

46 Jedan od najvažnijih monosaharida i, uopšte, ugljenih hidrata je glukoza. Spada u grupu aldoheksoza: C C 2 C C 2 C 2 Prevođenje Fisher-ove formule L-glukoze u aworth-ovu formulu α-d-glukopiranoze Kod čovjeka se glukoza nalazi u krvi, a deponuje se u jetri u obliku polisaharida glikogena. Glikogen služi i kao trenutni izvor energije između jela i za vrijeme neke (naporne) fizičke aktivnosti. Koncentracija glukoze u krvi ima referentnu vrijednost i održavanje (homeostaza) te koncentracije je važno za normalno funkcionisanje svih organa, a posebno centralnog nervnog sistema. Iz krvi glukoza prelazi u ćelije gdje se razgrađuje, na račun čega se dobija energija. sim toga, može poslužiti i za sintezu drugih šećera. gled 1. Rastvorljivost ugljenih hidrata Prostiji šećeri su bijele kristalne čvrste supstance sa odličnom rastvorljivošću u vodi, dok su polisaharidi čvrste praškaste supstance i u vodi se slabije rastvaraju. Kristaličnost i rastvorljivost u vodi posledica su postojanja većeg broja hidroksilnih grupa, koje su polarne i sposobne da grade vodonične veze. Šećeri se znatno slabije rastvaraju u organskim rastvaračima - etanolu, etru ili acetonu. Reagensi: Pribor: Postupak: Glukoza, saharoza, skrob, destilovana voda Epruvete, špatula U četiri epruvete dodati na vrhu špatule ugljene hidrate prema navedenom redosledu. Zatim u svaku dodati po 3 ml vode, protresti epruvete i posmatrati da li se i koliko brzo određeni šećer rastvara u vodi. Dokazivanje aldehidne grupe šećera Monosaharidi imaju sposobnost redukcije jona prelaznih metala (Cu 2+, Ag +, Bi 3+ ) u baznoj sredini do njihovih niževalentnih oblika, dok se sami oksiduju do odgovarajućih aldonskih kiselina. ve reakcije se izvode u prisusutvu helirajućih agenasa, koji sprečavaju taloženje hidroksida prelaznih metala. bično se koriste tartarati, a bazna sredina se postiže dodavanjem alkalnih hidroksida ili karbonata, kao i amonijaka. 46

47 gled 2. Fehling-ova reakcija na glukozu Felingov (Fehling) reagens se priprema miješanjem istih zapremina Felinga I (vodeni rastvor CuS 4 ) i Felinga II (rasvor Na i K-Na-tartarata u vodi). Zagrijavanjem aldoze sa navedenim reagensom dolazi do taloženja bakar(i)-oksida, crvene boje: C C C C C C C + 2 Cu Cu C C C C 2 C 2 Glukoza Glukonska kiselina Reagensi: Pribor: Postupak: Vodeni rastvor glukoze, Feling I, Feling II Epruveta, vodeno kupatilo U epruvetu sipati oko 2 ml Felinga I i u kapima dodavati rastvor Felinga II uz neprestano mućkanje sadržaja epruvete sve do nastanka plavo-obojenog rastvora. U pripremljeni Felingov rastvor dodati oko 2 ml rastvora glukoze i epruvetu zagrijati u vodenom kupatilu. Nastaje crveni talog Cu 2. gled 3. Nessler-ova reakcija sa ugljenim hidratima Neslerov reagens (Nessler) je alkalni rastvor kalijum-jodida (KI) i živa(ii)-jodida (gi 2 ). To je, zapravo, kompleksna so, čija je struktura K 2 [gi 4 ]. vaj reagens u reakciji sa karbonilnim jedinjenjima daje talog, čiji sastav i boja zavise od toga da li je u pitanju aldehid ili keton. Naime, sa aldozama nastaje sivi talog koji potiče od elementarne žive, dok se u reakciji sa ketozama formiraju rastvorni adicioni proizvodi koji su obojeni. To ovu reakciju čini dobrom metodom za razlikovanje aldehida od ketona, odnosno aldoza od heksoza. Reagensi: Pribor: Rastvor glukoze, Neslerov reagens Epruveta, vodeno kupatilo 47

48 Postupak: U epruvetu sipati 2 ml rastvora glukoze i dodati oko 1 ml Neslerovog reagensa. Sadržaj epruvete zagrijati u vodenom kupatilu. Pojavljuje se zamućenje sive boje koje potiče od elementarne žive 13, čime je dokazana aldehidna grupa. gled 4. Nylander-ova reakcija na glukozu Nilanderov reagens (Nylander) je vodeni rastvor baznog bizmut-nitrata, Bi() 2 N 3, natrijumhidroksida i kalijum-natrijum-tartarata. U ovoj reakciji dolazi do redukcije trovalentnog Bi 3+ -jona do elementarnog bizmuta, koji se izdvaja kao sivo-crni talog. C C C C C C C + 2 Bi Bi C C C C 2 C 2 Reagensi: Pribor: Postupak: Vodeni rastvor glukoze, Nilanderov reagens Epruveta, vodeno kupatilo Usuti u epruvetu oko 1 ml rastvora glukoze i istu zapreminu Nilanderovog reagensa. Zagrijati sadržaj epruvete u vodenom kupatilu. Rastvor se najprije oboji žuto, a daljim zagrijavanjem se izdvaja crn talog elementarnog bizmuta. Dehidratacione reakcije Jake neorganske kiseline prilikom zagrijavanja sa ugljenim hidratima vrše dehidrataciju, pri čemu se iz monosaharida dobijaju furfurali. Furfurali imaju osobinu da sa fenolima grade karakteristično obojena kondenzaciona jedinjenja, pa se ta reakcija koristi kao za identifikaciju tako i za razlikovanje pojedinih klasa šećera. 13 Sa živom rukovati veoma pažljivo jer je vrlo TRVNA!!!. Nakon završene reakcije, epruvetu sa sadržajem predati asistentu! 48

49 gled 5. Molisch-ova reakcija Svi monosaharidi (slobodni ili vezani u biomolekulima) podliježu reakciji dehidratacije kada se tretiraju koncentrovanom sumpornom kiselinom uz zagrijavanje. Kada se dehidratacioni adukt pomiješa sa Molišovim (Molisch) reagensom (rastvor α-naftola u etanolu) dolazi do nastajanja ljubičasto-obojenih jedinjenja. Reagensi: Molišov reagens, rastvor glukoze, konc. 2 S 4 Pribor: Epruveta Postupak: U epruvetu sipati oko 3 ml rastvora glukoze, par kapi Molish-ovog reagensa i smješu dobro homogenizovati. Zatim niz zid epruvete pažljivo uliti oko 2 ml koncentrovane sumporne kiseline. Na dodirnoj površini između dva sloja formira se purpurno ljubičasti prsten. gled 6. Timolska reakcija na glukozu Timolov (timolni) reagens je etanolni rastvor timola (2-izopropil-5-metilfenol, vidi strukturu kod fenola). Princip ove reakcije je isti kao i svih dehidratacionih reakcija: šećer se dehidratiše u prisustvu jakih neorganskih kiselina, a zatim nastali furfural gradi obojene komplekse sa timolom. Reagensi: Pribor: Postupak: Vodeni rastvor glukoze, rastvor timola u etanolu, konc. sulfatna kiselina Epruveta U epruvetu sipati 2 ml rastvora glukoze i 3-4 kapi timol-reagensa i dobro izmiješati ta dva rastvora. Zatim pažljivo, niz zid epruvete uliti koncentrovanu sulfatnu kiselinu. Na dodirnoj površini kiselinskog i vodeno-alkoholnog sloja formira se ljubičastocrveni prsten. gled 7. Selivanovljeva reakcija na fruktozu Selivanovljeva reakcija je karakteristična samo za ketoze, pa je pogodna za njihovo razlikovanje od aldoza. Zasniva se na dehidrataciji molekula ketoze, pri čemu nastaje furfural, koji reaguje sa rezorcinolom iz reagensa i gradi kondenzacioni proizvod crvene boje. Aldoze veoma sporo reaguju sa ovim reagensom i daju kondenzacione proizvode blijedo-crvene boje ukoliko se duže zagrijavaju. 49

50 C 2 Rezorcinol C C C Cl, C C 2 Kondenzacioni proizvod C C 2 Fruktoza idroksimetil-furfural Reagensi: Pribor: Postupak: Vodeni rastvori fruktoze i glukoze, Selivanovljev reagens Epruvete, vodeno kupatilo U jednu epruvetu sipati 1 ml rastvora fruktoze, a u drugu istu zapreminu rastvora glukoze. U obje epruvete zatim dodati po 3 ml Selivanovljevog reagensa i zagrijavati ih na vodenom kupatilu. Fruktoza već nakon 5 minuta daje izrazito crvenu boju kondenzacionog proizvoda, dok glukoza daje blijedo-crvenu boju tek nakon dužeg perioda zagrijavanja. Skrob Skrob (lat. amylum) je polisaharid, koji sadrži nekoiko stotina ostataka glukoze u molekulu. To je bijela praškasta supstanca koja se u hladnoj vodi ne rastvara, ali zagrijavanjem pravi koloidni rastvor. Služi kao rezerva hrane u biljkama i lako se razlaže na glukozu dejstvom razblaženih kiselina 14. gled 8. Dokazivanje skroba Reagensi: Pribor: Postupak: Rastvor skroba, Lugolov rastvor, Fehling I, Fehling II Epruvete * U jednu epruvetu sipati oko 1 ml rastvora skroba i dodati 1-2 kapi Lugolovog rastvora. Pojavljuje se intenzivno plava boja. * U drugoj epruveti najprije napraviti 2 ml Fehling-ovog rastvora i dodati 1 ml rastvora skroba. Epruvetu zagrijati na vodenom kupatilu i zaključiti da li dolazi do građenja taloga. 14 Enzim koji potpuno razlaže skrob do glukozidnih jedinica zove se amilaza. 50

51 Inverzija saharoze Saharoza (obični, bijeli ili konzumni šećer) je disaharid koji se sastoji iz glukoze i fruktoze. To je bijela kristalna supstanca, koja se dobro rastvara u vodi. Zagrijavanjem se topi i ugljeniše (,,karamelizacija saharoze ). Prilikom njene hidrolize u kiseloj sredini dobija se smješa ova dva monosaharida, koja se naziva invertni šećer. Invertni šećer čini % sastava meda. idroliza se može izvršiti na različite načine: pod uticajem katalizatora, kiselina ili enzima 15. Dok sama saharoza ne reaguje sa Felingovim reagensom (čime se pokazuje da ne sadrži slobodnu aldehidnu grupu), invertni šećer daje pozitivnu reakciju sa ovim reagensom. 2 C Saharoza gled 9. Inverzija saharoze Veza koja se raskida C 2 +, 2 2 C + Glukoza C 2 Fruktoza Reagensi: II Pribor: Postupak: Čvrsta saharoza 16, destilovana voda, razblažena Cl (3M), čvrst Na 2 C 3, Feling I, Feling Epruvete, vodeno kupatilo, kašičica ko 0,5 g čvrste saharoze rastvoriti u 4 ml destilovane vode. Sadržaj podijeliti u dvije epruvete. U jednu dodati 2 kapi rastvora Cl, pa zatim obje epruvete zagrijavati na vodenom kupatilu u toku 5 minuta. U međuvremenu pripremiti 4 ml Felingovog reagensa na način kako je to već ranije opisano. Kada je završeno zagrijavanje epruveta, u onu u koju je dodata Cl najprije dodati natrijum-karbonat sve dok izdvajanje mjehurića gasa ne prestane. Zatim u obje epruvete dodati po 2 ml pripremljenog Felingovog reagensa. U epruveti u kojoj je bila dodata Cl odmah se javlja crveni talog od Cu 2, a u drugoj ne dolazi ni do kakve promjene. 15 Enzim koji razlaže saharozu do glukoze i fruktoze naziva se saharaza. 16 Rastvor saharoze mora biti svježe pripremljen, jer stajanjem, pod uticajem tragova kiselina, kojih uvijek ima u vodi, saharoza hidrolizuje, tako da u vodenom rastvoru budu prisutni i glukoza i fruktoza. Rad sa takvim rastvorom bi naveo na pogrešan zaključak da saharoza ima redukcione osobine, jer će,zapravo, sa Felingovim rastvorom reagovati glukoza, kao proizvod hidrolize saharoze. 51

52 Zadaci za vježbanje 1. Napisati strukturne formule sljedećih jedinjenja: a. α-d-glukopiranoza b. N-acetil-glukozamin 2. aworth-ovom formulom predstaviti N-acetil-galaktozamin. 3. aworth-ovim formulama predstaviti anomerne oblike glukopiranoze. 4. aworth-ovom formulom predstaviti glukozo-6-fosfat. 5. Napisati formulu 1,5-laktona D-glukonske kiseline. 6. aworth-ovom formulom predstaviti jedan neredukujući disaharid po izboru. 7. aworth-ovom formulom predstaviti α-d-ribofuranozu. 8. aworth-ovom formulom predstaviti α-d-glukopiranozil-β-d-fruktofuranozid. Koje je njegovo trivijalno ime? 9. aworth-ovom formulom predstaviti molekul laktoze. Da li je ona redukujući ili neredukujući disaharid? 10. aworth-ovom formulom predstaviti izopropil estar α-d-glukuronske kiseline. 11. aworth-ovom formulom predstaviti etil estar β-d-glukuronske kiseline. 12. Koja od navedenih jedinjenja daju pozitivnu Felingovu reakciju: etanol, butanon, butanal, sirćetna kiselina, mravlja kiselina, aceton, fruktoza, metanol, acetaldehid, 2-metil-3- pentanon, formaldehid, skrob? 13. Fisher-ovom formulom predstaviti C3 epimer D-glukoze. 14. emijskom jednačinom predstaviti reakciju između D-glukoze i hidrazina. 15. Konformacinim formulama prikazati anomerne forme D-glukoze. 16. aworth-ovom formulom predstaviti D-fruktozo-6-fosfat. 17. emijskom jednačinom prikazati Felingovu reakciju na glukozu. 18. Šta su epimeri? aworthov-om formulom prikazati C2 i C4 epimer glukoze i imenovati ih. 19. Glukozo-6-fosfat, fruktozo-6-fosfat i dihidroksiacetonfosfat su intermedijeri glikolize. Napisati njihove formule. 20. Da bi se glukoza mogla koristiti u našim ćelijama, mora se prvo fosforilisati. Time nastaje glukozo-6-fosfat, koji se zatim prevodi u fruktozo-6-fosfat. Prikazti Fisher-ovim formulama ova dva jedinjenja. 21. aworth-ovom formulom prikazati molekul glukuronske kiseline. 22. Fisher-ovom formulom prikazati molekule galakturonske kiseline i glukozo-6-fosfata. 23. emijskom jednačinom prikazati Benediktovu reakciju na glukozu. 24. Napisati formulu i ime alkohola koji se dobija redukcijom manoze. 25. Fisherov-im formulama prikazati: a) C3 epimer galaktoze, b) glukozo-6-fosfat. 26. emijskom jednačinom prikazati hidrolizu saharoze. 27. Kao krajnji proizvodi glikolize nastaje pirogrožđana kiselina, koja se u ćeliji, u odsustvu kiseonika redukuje u mlječnu kiselinu. Napisati formule ove dvije kiseline, kao i Fisherovu formulu supstrata za glikolizu. 52

53 28. Napisati hemijsku formulu α-d-glukopiranozil-1,1 -α-d-glukopiranozida i odgovoriti da li je to redukujući ili neredukujući šećer. 29. Napisati hemijsku formulu β-d-glukopiranozil-1,4 -D-glukopiranoze i odgovoriti da li je to redukujući ili neredukujući šećer? 30. emijskom jednačinom prikazati dobijanje β-d-etilglukopiranozida. 53

54 Vježba br. 7 LIPIDI. PRTEINI Lipidi su prirodni proizvodi koji su slabo rastvorni u vodi, a dobro se rastvaraju u nepolarnim organskim rastvaračima. U zavisnosti od toga da li se mogu hidrolizovati ili ne, lipidi se dijele na hidrolizabilne i nehidrolizabilne. idrolizabilni se dalje dijele na proste (estri glicerola i viših masnih kiselina) i složene (pored glicerola i masnih kiselina, sadrže još i aminoalkohole, fosfornu kiselinu, ugljene hidrate i slično). Masti i ulja spadaju u klasu prostih hidrolizabilnih lipida, jer se hidrolizom razlažu na svoje konstitutivne elemente: glicerol i više masne kiseline. idroliza je reakcija sa vodom i uvijek je katalizovana kiselinama (tada se govori o kiselo-katalizovanoj hidrolizi i nastaju glicerol i više masne kiseline) ili bazama (u tom slučaju je riječ o bazno-katalizovanoj hidrolizi ili saponifikaciji, pri čemu nastaju glicerol i soli viših masnih kiselina - sapuni). Prema tome, masti i ulja su po hemijskoj prirodi estri, (s obzirom na to da nastaju u reakciji alkohola i kiselina!) i njihovo hemijsko ime je trigliceridi ili triacilgliceroli. pšta karakteristika masti i ulja je nerastvorljivost u vodi i zastupljenost u biološkom materijalu masti su uglavnom životinjskog, a ulja biljnog porijekla. Generalno, lipidi imaju veliki biološki značaj kao gradivni elementi ćelijske membrane, masnog tkiva, mozga i kičmene moždine i sl. Značajni su i kao energetski rezervoari. mega-kiseline su važne za pravilan rad srčanog mišića, a smatra se i da smanjuju vjerovatnoću za mnoga oboljenja. olesterol nepolarni repovi masnih kiselina Polarne glave Ćelijska membrana (presjek) Masno tkivo Trigliceridi nastaju kada se sve tri hidroksilne grupe glicerola esterifikuju višim masnim kiselinama: C 2 -- C C-R 1 --C-R 2 C 2 --C-R 1 C--C-R C C-R 3 C 2 --C-R 3 Glicerol Više masne kiseline Triglicerid 54

55 Klema U prikazanoj jednačini R 1, R 2 i R 3 su ostaci viših masnih kiselina i to najšešće onih sa ugljenikovih atoma. Kao što smo vidjeli, masne kiseline mogu biti zasićene (palmitinska, stearinska) i nezasićene (oleinska, arahidonska). Zasićene kiseline su čvrstog agregatnog stanja i one ulaze u sastav masti (koje su, takođe, čvrste koegzistencije), dok su nezasićene tečne i one izgrađuju ulja. Razlika u agregatnom stanju masti i ulja je, prema tome, posledica njihove razlike u strukturi. gled 1. idroliza jestivog ulja i dobijanje sapuna Pomenuto je da se hidroliza triglicerida može izvršiti kiselinama, bazama, ali se koriste i metode razlaganja pregrijanom vodenom parom i enzimske metode 17. Baznom hidrolizom (saponifikacijom) dobijaju se soli viših masnih kiselina koje se nazivaju sapuni. Saponifikacija jestivog ulja vrši se zagrijavanjem alkoholnog rastvora kalijum-hidroksida i samog ulja. C 2 --C-(C 2 ) 7 -C=C-(C 2 ) 7 -C 3 C--C-(C 2 ) 7 -C=C-(C 2 ) 7 -C 3 C 2 --C-(C 2 ) 7 -C=C-(C 2 ) 7 -C K C 2 - C- C- + 3 C 3 (C 2 ) 7 -C=C-(C 2 ) 7 -CK Glicerol-trioleat (ulje) Glicerol Kalijum-oleat (sapun) Reagensi: Čvrst kalijum-hidroksid, etanol, jestivo ulje Pribor: Balon od 100 ml, kondenzator, azbestna mrežica, rešo, menzura od 50 ml, menzura od 10 ml, metalni stativ sa klemom Postupak: Metalni stativ Sastaviti aparaturu kao na slici: u balon okruglog dna odmjeri se 1,5 g K, 20 ml etanola i 4 ml jestivog ulja. Na balon se namontira povratni kondenzator kroz koji se pusti voda i aparatura se zagrijava u toku 30 minuta preko rešoa. Nakon što se smješa ohladi, hidrolizat ulja se koristi za naredne oglede. Povratni kondenzator Balon sa reakcionom smjesom Rešo Aparatura za saponifikaciju ulja 17 Enzim koji razlaže masti i ulja zove se lipaza i kod čovjeka se izlučuje u dvanaestopalačnom crijevu, gdje se i odigrava proces emulgovanja i varenja masti. 55

56 gled 2. Akroleinska reakcija Akroleinska reakcija spada u reakcije dehidratacije alkohola i služi za dokazivanje glicerola, a indirektno i masti i ulja (koje ga sadrže). Prilikom zagrijavanja glicerola sa nekim dehidratacionim sredstvom (razblažena sumporna kiselina, kalijum-hidrogensulfat, kalcijum-hlorid i sl.), iz glicerola se izdvajaju dva molekula vode i nastaje nezasićeni aldehid akrolein (čije je ime po IUPAC-ovoj nomenklaturi propenal). Akrolein ima oštar i neprijatan miris na zagorelu mast. n se oslobađa zagrijavanjem svih ulja i masti; izrazito je otrovan, citotoksičan i kancerogen pa je ovo razlog zbog čega jedno te isto ulje ili mast ne treba više puta koristiti za termičku pripremu hrane. C 2 - C- C 2 - Glicerol KS 4 C C C 2 Akrolein Reagensi: Glicerol, čvrst KS 4 Pribor: Epruveta, plamenik, drvena štipaljka, kašičica Postupak: U suvu epruvetu sipati oko 1 ml glicerola, dodati punu kašičicu kalijumhidrogensulfata i zagrijavati epruvetu na plameniku sve do pojave bijelih para i neprijatnog mirisa od akroleina. Miris akroleina treba veoma pažljivo ispitati, vodeći računa o njegovoj toksičnosti! gled 3. Prevođenje rastvorljivih sapuna u nerastvorljive Kalijumovi sapuni su tečni, dok su natrijumovi čvrsti. I jedni i drugi u vodi grade koloidne rastvore tj. dobrim dijelom se u njoj rastvaraju. Za razliku od njih, sapuni zemnoalkalnih metala su u vodi nerastvorljivi. U reakciji rastvora kalcijum-hlorida sa vodenim rastvorom sapuna gradi se talog nerastvornog kalcijumovog sapuna: 2 C 3 (C 2 ) 7 -C=C-(C 2 ) 7 -CK + CaCl 2 [C 3 (C 2 ) 7 -C=C-(C 2 ) 7 -C] 2 Ca + 2 KCl Reagensi: Pribor: Postupak: idrolizat jestivog ulja, destilovana voda, rastvor kalcijum-hlorida Epruveta U epruvetu sipati 1 ml hidrolizata jestivog ulja iz prethodnog eksperimenta i dodati oko 3 ml destilovane vode. Rastvor dobro promućkati, a zatim dodati 1 ml vodenog rastvora kalcijum-hlorida. Pojavljuje se bijeli talog nerastvornog kalcijum-oleata. 56

57 gled 4. Istiskivanje viših masnih kiselina iz njihovih soli Istiskivanje viših masnih kiselina iz njihovih soli se odvija dejstvom mineralnih kiselina na sapune. Slobodne masne kiseline se izdvajaju na površini rastvora u vidu uljastih kapi (ukoliko se radi sa hidrolizatom ulja) ili bijelih grumuljica (kada su u pitanju hidrolizati masti). C 3 (C 2 ) 7 -C=C-(C 2 ) 7 -CK + Cl C 3 (C 2 ) 7 -C=C-(C 2 ) 7 -C + KCl Reagensi: idrolizat jestivog ulja, destilovana voda, hlorovodonična kiselina (1:1) Pribor: Epruveta Postupak: U epruvetu sipati oko 1 ml hidrolizata jestivog ulja i dodati 3 ml destilovane vode i smješu promućkati. Zatim u rastvor dodati oko 1 ml razblažene Cl. Iz zamućenog rastvora (emulzije) nakon par trenutaka izdvajaju se kapljice oleinske kiseline. olesterol olesterol spada u klasu nehidrolizabilnih lipida. Po strukturi je sekundarni alkohol sa steranskom strukturom. Polarna -grupa mu daje amfibilni karakter, dok kondenzovani prstenovi obezbjeđuju čvrstinu. Nalazi se u membranama svih ćelija, a u serumu (plazmi) je većim dijelom esterifikovan višim masnim kiselinama. olesterol u koži prililom sunčanja prelazi u vitamin D 3 (7- dehidroholesterol). Kako je nerastvoran u vodi (pa samim tim i u krvi), kroz krv se transportuje vezan za proteine, pa u skladu sa tim razlikujemo dva tipa holesterola LDL i DL 18. Veća koncentracija holesterola u krvi uzrokuje njegovo taloženje po unutrašnjim zidovima krvnih sudova i izazivanje ozbiljnih oboljenja (ateroskleroze na primjer). olesterol se sintetiše samo u životinjskim ćelijama, polazeći iz acetilkoenzima A. U posebnim ćelijama jetre, nadbubrežne žlijezde i jajnika holesterol se prevodi u žučne kiseline, steroidne hormone i vitamine D grupe, što ga čini prekursorom za život važnih organskih jedinjenja. Svakodnevno ljudski organizam stvara od 3 do 5 g holesterola, od čega se u jetri stvara oko 90% te količine. 18 LDL (engl. Low Density Lipoproteins) - lipoproteini niske gustine, transportuju holesterol i triacilglicerole iz jetre u tkiva i u kliničkom žargonu se označavaju kao,,loš holesterol. DL (engl. igh Density Lipoproteins) lipoproteini velike gustine transportuju holesterol iz tkiva u jetru, a obzirom da sadrže visok procenat proteina, čine tzv.,,dobri holesterol u krvi. 57

58 olesterol gled 5. Dokazivanje holesterola Liebermann-Burchardt-ovom metodom (demonstraciono) U prisustvu smješe sulfatne kiseline i anhidrida sirćetne kiseline (acetanhidrida), holesterol se dehidratiše i naknadno oksiduje, što se opaža kao intenzivno zeleno obojenje. Reakcija je u literaturi poznata pod nazivom Liberman-Burčartova reakcija (Liebermann-Burchardt). Precizan mehanizam ove transformacije ni do danas nije razjašnjen. Dugo vremena se ova reakcija koristila u kliničkoj praksi za kolorimetrijsko određivanje koncentracije holesterola u krvi, jer je intenzitet obojenja nastalog kompleksa direktno proporcionalan koncentraciji holesterola u plazmi. Reagensi: Pribor: Postupak: olesterol, hloroform, koncentrovana 2 S 4, anhidrid sirćetne kiseline Epruveta U suvu epruvetu staviti na vrhu špatule holesterol i dodati mu oko 1 ml hloroforma u cilju rastvaranja. U hloroformski rastvor holesterola dodati nekoliko kapi anhidrida sirćetne kiseline i pažljivo niz zid epruvete koncentrovanu sumpornu kiselinu. Pojavljuje se nepostojana crveno-ljubičasta boja koja preko plave prelazi u stabilnu zelenu boju. gled 6: Dokazivanje holesterola Salkowsky-jevom metodom (demonstraciono) Na sličnom mehanizmu prethodno opisane reakcije temelji se i metoda dokazivanja holesterola po Salkovskom (Salkowsky), koja je eksperimentalno jednostavnija. Reagensi: olesterol, hloroform, koncentrovana 2 S 4 Pribor: Epruveta Postupak: U suvu epruvetu staviti na vrhu špatule holesterol i dodati mu oko 1 ml hloroforma u cilju rastvaranja. U hloroformski rastvor holesterola pažljivo niz zidove epruvete uliti koncentrovanu sulfatnu kiselinu. Na dodirnom sloju organske i kiselinske faze pojavljuje se žutocrveni prsten. Kada se sadržaj epruvete promućka, hloroformski sloj se oboji crveno, a sulfatna kiselina počne da fluorescerira zeleno (ovaj fenomen nekada zna da izostane). 58

59 Proteini su najrasprostranjeniji organski molekuli u životinjskim tkivima. Više od 50% jedinjenja koja sačinjavaju ćeliju su proteini. ni su osnovna jedinjenja koja omogućavaju obnavljanje i održavanje života. U organizmu čovjeka je identifikovano više od milion različitih proteina. Grade mišiće, vezivna tkiva, kožu, nerve... Po hemijskom sastavu proteini su biopolimeri α-aminokiselina i osobine samog proteina uslovljene su osobinama aminokiselina od kojih je izgrađen. Potpunom hidrolizom proteina kao krajnji proizvodi se dobijaju aminokiseline. Aminokiseline u proteinu su međusobno povezane amidnim vezama koje se zovu peptidne veze. C N Rezonanciona stabilizacija peptidne veze Zbog rezonancije, peptidna veza u sebi ima značajan udio dvostruke veze. Kao posledica toga, slobodna rotacija oko C-N veze je spriječena, tako da je sama struktura rigidna (kruta). Takva struktura omogućava uvijanje peptidnog lanca, što ima presudan značaj na trodimenzionalni oblik proteina. Svoju biološku aktivnost proteini upravo duguju obliku koji zauzimaju u prostoru. Primarna struktura proteina podrazumijeva redosled vezivanja (sekvencu) aminokiselina koje ga grade. Sekundarna struktura predstavlja konformaciju polipeptidnog lanca (kičme) koja se stabilizuje vodoničnim vezama između peptidnih fragmenata u lancu. Najstabilnija i najučestalija sekundarna struktura je α-heliks. Tercijarna struktura podrazumijeva prostorni raspored svih atoma koji ulaze u sastav proteinskog molekula to je zapravo način organizovanja sekundarnih struktura i stabilizovana je elektrostatičkim i hidrofobnim interakcijama, vodoničnim i disulfidnim vezama koje grade R-ostaci aminokiselina. Još viši nivo strukture, kvaternarna, podrazumijeva asocijaciju vise tercijarnih struktura (primjer hemoglobina). C N Kvalitativne reakcije proteina su podijeljene na dvije grupe: - bojene reakcije proteina; - taložne reakcije proteina. 59

60 Bojene reakcije proteina gled 7. Ninhidrinska reakcija vom reakcijom aminokiseline daju ljubičasto obojenje, pa se na taj način i analiziraju. Proteini ne reaguju sa ninhidrinom, ukoliko prethodno nijesu djelimično ili potpuno hidrolizovani. Zagrijavanjem vodenog rastvora proteina dolazi do hidrolize. U reakciji aminokiselina sa ninhidrinom, nastaju ugljen-dioksid, aldehid sa jednim C-atomom manje od polazne aminokiseline i kondenzacioni proizvod plavo-ljubičaste boje: Ninhidrin R N 2 N R - C 2 N Plavo-ljubičasti proizvod N RC N R Reagensi: Vodeni rastvor bjelanceta 19, rastvor glicina, rastvor ninhidrina u etanolu (0,2%) Pribor: Epruveta, plamenik Postupak: * U epruvetu sipati oko 2 ml rastvora bjelanceta jajeta i istu toliku zapreminu rastvora ninhidrina. Zagrijavati epruvetu par minuta na plameniku do ključanja smješe i do pojave plavog obojenja. lađenjem rastvora boja postaje intenzivnija. * Na isti način izvesti eksperiment samo što umjesto rastvora bjelanceta treba koristiti rastvor glicina. gled 8. Biuretska reakcija Biuretskom reakcijom dokazuje se prisustvo peptidne veze. Najmanje dvije peptidne veze moraju biti prisutne u molekulu da bi bile dokazane ovom vrlo osjetljivom reakcijom. Proteini u alkalnom rastvoru u prisustvu bakar(ii)-jona grade kompleksna jedinjenja plavo-ljubičaste boje, čiji intenzitet zavisi od ukupnog broja peptidnih veza u molekulu. 19 Uzeti jedno kokošije jaje, razbiti ga i pažljivo odvojiti bjelance od žumanceta. Žumance odbaciti, a bjelance prenijeti u čašu od 1 litra. Dodati 300 ml destilovane vode i polako miješati sadržaj čaše pomoću staklenog štapića. Dobijeni rastvor procijediti, presuti u plastičnu flašu i sačuvati za naredne oglede. 60

61 Reagensi: Vodeni rastvor bjelanceta, rastvor Na, rastvor CuS 4 Pribor: Epruveta Postupak: U epruvetu sipati oko 2 ml rastvora bjelanceta, dodati 2 ml rastvora natrijumhidroksida i ukapati nekolike kapi rastvora bakar(ii)-sulfata. Pojavljuje se ljubičasta boja, što je pouzdan dokaz prisustva peptidne veze u molekulu proteina. gled 9. Ksantoproteinska reakcija Ksantoproteinskom reakcijom se dokazuje prisustvo aromatičnih aminokiselina (fenilalanina, tirozina i triptofana) u molekulu proteina. Zagrijavanjem rastvora proteina sa koncentrovanom azotnom kiselinom stvara se žuti talog. Kada se talogu doda rastvor natrijum-hidroksida, žuta boja prelazi u narandžastu. pisana reakcija se odnosi na nitrovanje benzenovog jezgra aromatičnih aminokiselina, a boja potiče od nastalih nitro-jedinjenja koja su žuto obojena. Na primjer, nitrovanjem tirozina nastaje sledeći proizvod: N 2 C 2 -C-C N 2 C 2 -C-C cc N 3 N 2 Reagensi: Pribor: Postupak: Vodeni rastvor bjelanceta, koncentrovana N 3, rastvor Na Epruveta, plamenik U epruvetu sipati oko 2 ml rastvora bjelanceta, dodati nekolike kapi koncentrovane azotne kiseline i zagrijati smješu. Izdvaja se talog žute boje. Nakon hlađenja u epruvetu usuti oko 1 ml rastvora natrijum-hidroksida. Žuta boja prelazi u narandžastu. gled 10. Cisteinska reakcija Cisteinska (ili olovo-sulfidna) reakcija koristi se za dokazivanje aminokiselina koji sadrže sumpor (cistein i metionin). Dejstvom koncentrovanog rastvora natrijum-hidroksida, protein se razara i aminokiselinski ostaci sa sumporom se prevode u natrijum-sulfid. vo jedinjenje reaguje sa olovo-acetatom i gradi se crni talog olovo-sulfida: C 2 -C-C + 3 Na C 2 -C-C + Na 2 S S N 2 N 2 Na 2 S + (C 3 C) 2 Pb PbS + 2 C 3 CNa 61

62 Reagensi: Pribor: Postupak: Vodeni rastvor bjelanceta, koncentrovan rastvor Na, rastvor (C 3 C) 2 Pb Epruveta, plamenik U epruvetu sipati oko 2 ml rastvora bjelanceta i dodati oko 1 ml koncentrovanog rastvora Na pa epruvetu pažljivo zagrijavati na plameniku. Nakon ključanja i hlađenja rastvora, u epruvetu sipati oko 1 ml vodenog rastvora olovo-acetata. Pojava mrkog zamućenja je pozitivan znak da je u ispitivanom proteinu bio prisutan sumpor. Taložne reakcije proteina Molekuli proteina u rastvoru imaju nativnu (biološki aktivnu, prirodnu) konformaciju, koja je direktno odgovorna za biološku aktivnost koju protein ima. va konformacija je strogo definisana svim nivoima strukture proteina, a informacija o njoj nalazi se u primarnoj strukturi. Proteini se mogu istaložiti iz rastvora na više načina. Solima lakih metala (NaCl, MgCl 2 ), amonijum-solima ((N 4 ) 2 S 4 ) ili nekim organskim rastvaračima na niskim temperaturama (aceton, etanol) postiže se reverzibilno (povratno) taloženje proteina. To znači da se nakon uklanjanja dodatog sredstva za taloženje protein vraća u prvobitno stanje bez bitnijih promjena ili oštećenja. Ireverzibilno (nepovratno) taloženje proteina postiže se dodatkom soli teških metala (gcl 2, Pb(N 3 ) 2, Cu-, Cd-soli i slično), koncentrovanih rastvora kiselina i baza (izazivaju dehidrataciju proteinskih čestica) ili povišenom temperaturom. Nakon dejstva ovakvih agenasa, protein je trajno uništen. Na ovaj način postiže se denaturacija proteina, čime se gubi njegova biološka i hemijska aktivnost. Upravo ova pojava objašnjava visoku toksičnost soli teških metala, kiselina i baza na živa bića. Na taloženje i denaturaciju utiču koncentracija vodonikovih jona u rastvoru (pvrijednost), prisustvo soli i temperatura. Taložne reakcije proteina imaju veliki značaj u izučavanju proteina (izdvajanje proteina iz bioloških tečnosti, dokazivanje prisustva proteina u tečnostima gdje ne bi trebalo da ih bude, razdvajanje pojedinih frakcija proteina i slično). 62